Отримання глинозему з руд

Основна руда - це боксити, гірські породи складного складу, містять гідрати АlO(ОН), А1(ОН), та ін. Вміст глинозему А1₂0₃ (в перерахунку з гідратів) становить від 30 до 70%. Якість бокситів тим вища, чим менший в них вміст звичай­ного домішку - кремнезему SiО₂ (0,5-15 %).

Менше при виробництві алюмінію використовують нефеліни (К,Na)₂0·А1₂0₃·2Sі0₂ та алуніти К₂S0₄·А1₂(S0₄)₃·4А1(0Н)₃.

Глинозем отримують трьома способами: лужним, кислотним і електролітичним. Найбільше розповсюдження має лужний спосіб (метод Д. І. Байера, розроблений в Росії в кінці позаминулого сторіччя і вживаний для переробки високосортних бокситів з невеликою кількістю (до 5-6%) кремнезему). З тих пір технічне виконання його було істотно покращувано. Схема виробництва глинозему за способом Байера представлена на рис. 1.

Суть способу полягає в тому, що алюмінієві розчини (розчиник NaOH) швидко розкладаються з утворенням Al(OH)₃ при введенні в них гідроокису алюмінію (затравки), а розчин, що залишився від розкладання, після його випаровування в умовах інтенсивного перемішування при 169-170^оС може знов розчиняти глинозем, що міститься в бокситах. Цей спосіб складається з наступних основних операцій:

1). Підготовки бокситу, що полягає в його дробленні і подрібненні в млинах; у млини подають боксит, їдкий луг і невелику кількість винищити, яке покращує виділення Al₂O₃; отриману пульпу подають на вилуговування;

2). Вилуговування бокситу (останнім часом вживані до цих пір блоки автоклав круглої форми частково замінені трубчастими автоклавами, в яких при температурах 230-250°С (до 500-520) відбувається вилуговування), що полягає в хімічному його розкладанні від взаємодії з водним розчином лугу; гідрати окислу алюмінію при взаємодії з лугом переходять в розчин у вигляді алюмінату натрію:

AlOOH+NaOH=NaAlO₂+H₂O

або

Al(OH)₃+NaOH=NaAlO₂+2H₂O;

кремнезем, що міститься в бокситі, взаємодіє з лугом і переходить в розчин у вигляді силікату натрію:

SiO₂+2NaOH=Na₂SiO₃+H₂O;

у розчині алюмінат натрію і силікат натрію утворюють нерозчинний натрієвий алюмосилікат; у нерозчинний залишок також переходять оксиди титану і заліза, що надають залишку червоний колір; цей залишок називають червоним шламом. Після закінчення розчинення отриманий алюмінат натрію розбавляють водним розчином лугу при одночасному пониженні температури на 100°С;

3). Відділення розчину алюмінату (NaAlO₂) від червоного шламу зазвичай здійснюваного шляхом промивки в спеціальних згущувачах; в результаті цього червоний шлам осідає, а розчин алюмінату зливають і потім фільтрують (освітлюють). У обмежених кількостях шлам знаходить застосування, наприклад, як добавка до цементу. Залежно від сорту бокситів на 1 т отриманого окислу алюмінію доводиться 0,6-1,0 т червоного шламу (сухого залишку);

4). Розкладання розчину алюмінату. Його фільтрують і перекачують у великі ємності з мішалками (декомпозеры). З пересиченого розчину при охолоджуванні на 60°С і постійному перемішуванні витягується гідроокис алюмінію Al(OH)₃. Оскільки цей процес протікає поволі і нерівномірно, а формування і зростання кристалів гідроокису алюмінію мають велике значення при її подальшій обробці, в декомпозеры додають велику кількість твердого гідроокису — затравки:

NaAlO₂+4H₂O→Al(OH)₃+2NaOH;

5). Виділення гідроокису алюмінію; це відбувається в гідроциклонах і вакуум-фільтрах, де від розчину алюмінату виділяють осад, що містить 50-60% частинок Al(OH)₃. Значну частину гідроокису повертають в процес декомпозиції як матеріал затравки, яка і залишається в обороті в незмінних кількостях. Залишок після промивки водою йде на кальцинацію; фільтрат (NaOH) також повертається в оборот (після концентрації у випарних апаратах — для вилуговування нових бокситів);

Рис. 1 Отримання глинозему з руди, засіб Байера

6). Обезводнення гідроокису алюмінію (кальцинації); це завершуюча операція виробництва глинозему; її здійснюють в трубчастих печах, що обертаються, а останнім часом також в печах з турбулентним рухом матеріалу при температурі 1150-1300оС; сирий гідроокис алюмінію, проходячи через піч, що обертається, висушується і зневоднюється; при нагріві відбуваються послідовно наступні структурні перетворення:

Al(OH)3>AlOOH> α-Al2O3> γ-Al2O3
	200 оС–	950 ^оС–	1200^оС.

У остаточно прожареному глиноземі міститься 30-50% α-Al₂O₃ (корунд), решта γ-Al₂O₃.

Цим способом витягується 85-87% від всього отримуваного глинозему. Отриманий окисел алюмінію є міцною хімічною сполукою з температурою плавлення 2050^оС.

Дата добавления: 2014-12-23