КАТЕГОРИИ: Архитектура-(3434)Астрономия-(809)Биология-(7483)Биотехнологии-(1457)Военное дело-(14632)Высокие технологии-(1363)География-(913)Геология-(1438)Государство-(451)Демография-(1065)Дом-(47672)Журналистика и СМИ-(912)Изобретательство-(14524)Иностранные языки-(4268)Информатика-(17799)Искусство-(1338)История-(13644)Компьютеры-(11121)Косметика-(55)Кулинария-(373)Культура-(8427)Лингвистика-(374)Литература-(1642)Маркетинг-(23702)Математика-(16968)Машиностроение-(1700)Медицина-(12668)Менеджмент-(24684)Механика-(15423)Науковедение-(506)Образование-(11852)Охрана труда-(3308)Педагогика-(5571)Полиграфия-(1312)Политика-(7869)Право-(5454)Приборостроение-(1369)Программирование-(2801)Производство-(97182)Промышленность-(8706)Психология-(18388)Религия-(3217)Связь-(10668)Сельское хозяйство-(299)Социология-(6455)Спорт-(42831)Строительство-(4793)Торговля-(5050)Транспорт-(2929)Туризм-(1568)Физика-(3942)Философия-(17015)Финансы-(26596)Химия-(22929)Экология-(12095)Экономика-(9961)Электроника-(8441)Электротехника-(4623)Энергетика-(12629)Юриспруденция-(1492)Ядерная техника-(1748) |
Переработка алюминиевых руд
Лекция 15. Производство алюминия Современный способ получения алюминия, предложенный в 1887 г., одновременно во Франции (Эру) и США (Холл), основан на электролизе глинозема (Al 2 O 3), растворенного в криолите (Na 3 AlF 6), с использованием электродов из углеродистых материалов. При этом на катоде получают алюминий, а на аноде – кислород, который взаимодействует с углеродом анода, образуя смесь СО и СО 2. Электролиз чистого Al 2 O 3 оказался практически невозможным: чистый Al 2 O 3 неэлектропроводен и имеет температуру плавления 2050°С, тогда как алюминий кипит при 2500°С. В качестве электролита более приемлемым является расплавленный криолит (т.пл. 980°С). При растворении глинозема в криолите снижается температура расплава. В процессе электролиза криолит-глиноземного расплава многие примеси оказывают вредное влияние на процесс, включаются в катодный металл или способствуют выделению газов. Невозможность удаления примесей в процессе электролиза делает необходимым применение компонентов расплавленного электролита высокой чистоты. Его получение является важнейшей проблемой производства алюминия. По распространенности в земной коре алюминий занимает первое место среди металлов. Значительное сродство алюминия к кислороду обусловило тот факт, что основные его минералы – кислородные соединения. Производство глинозема высокой чистоты возможно из разных пород, содержащих алюминий. Промышленными рудами в настоящее время считаются бокситы, нефелины и алуниты. Способ производства глинозема зависит от состава руды. В основных рудах для производства алюминия – бокситах обычно содержится несколько оксидных минералов алюминия и в малом количестве – минералы других элементов. Качество бокситов в значительной мере характеризуется так называемым кремниевым модулем – отношением Al 2 O 3: SiO 2.
В состав нефелинов входят, помимо алюминия и кремния еще калий и натрий, поэтому их рассматривают как ценное комплексное сырье, из которого можно получать глинозем, поташ или соду и материалы для цемента. Комплексным сырьем являются также алуниты: из этого сырья кроме глинозема получают сульфаты щелочных металлов и серную кислоту. Для выплавки сплавов алюминия с кремнием используют силлиманитовые руды. Были предложены разнообразные способы переработки алюминиевых руд. Все они могут быть разделены на три группы: щелочные, кислотные и электротермические, - применение которых зависит от состава руды. Электротермический способ производства глинозема предусматривает предварительную плавку алюминиевых руд в электропечах с получением ферросилиция и алюмокальциевого шлака, который является основным сырьем для получения глинозема. Электротермический способ связан с большим расходом электроэнергии, поэтому в настоящее время практически не находит применения. Однако при наличии дешевой энергии интерес к нему может возобновиться. Способ Байера (мокрый способ) был запатентован в 1889 г. химиком К. И. Байером, работавшим в России. Сущность способа заключается в автоклавном выщелачивании бокситов едким натром при высоких температурах (от 105 до 225°С) и давлении примерно 3 МПа с получением раствора алюмината натрия, содержащего растворимый силикат Na 2 SiO 3. Обескремнивание алюминатного раствора при этом способе происходит только путем связывания SiO 2 в алюмосиликат натрия. Из полученного раствора должен быть выделен гидроксид алюминия. Для разложения алюминатного раствора его требуется разбавить Гидролиз алюмината натрия с выделением Al (OH)3 в осадок ускоряется введением затравки (центров кристаллизации) в виде свежеосажденного Al (OH)3 и интенсивным размешиванием смеси в декомпозерах (операция «выкручивания»). Выделенный гидроксид алюминия подвергают затем кальцинации
2 Al (OH)3 → Al 2 O 3 + 3 H 2 O (15.а) при температуре 1300°С во вращающихся цилиндрических печах. Оставшийся после осаждения гидроксида алюминия раствор содержит NaOH и Na 2 CO 3. Сода, образующаяся при карбонизации NaOH диоксидом углерода воздуха, подвергается каустификации с целью регенерации щелочи: Na 2 CO 3 + CaO + H 2 O → CaCO 3 + 2 NaOH (15.б) По способу Байера можно легко перерабатывать бокситы, содержащие оксиды железа и титана, так как последние практически нерастворимы в щелочных растворах и при разбавлении раствора количественно переходят в осадок. Способом спекания перерабатывают бокситы со сравнительно высоким содержанием кремния, для связывания которого в реакционную смесь вводят известняк. Сущность способа заключается в спекании бокситов с содой и известняком в трубчатых вращающихся печах. Полученный пек охлаждают и выщелачивают промывными водами. В раствор переходит алюминат натрия, в осадке остается кремнезем, оксид железа и титанат кальция. Небольшая часть кремнезема, образующая при спекании растворимый силикат натрия, который не отделяется после выщелачивания и осаждения силикатов, удаляется уже из раствора с помощью известкового молока при нагревании в автоклавах. В автоклавах при высоких температуре и давлении образуется белый шлам из нерастворимого алюмосиликата кальция и малорастворимого алюмосиликата натрия. Глинозем извлекают из очищенного раствора алюмината натрия путем карбонизации диоксидом углерода. При карбонизации образуется осадок Al (OH)3 и раствор соды, который после упаривания возвращают в цикл. При осуществлении способа спекания протекают следующие основные реакции: спекание Al 2 O 3 + Na 2 CO 3 → 2 NaAlO 2+ CO 2 SiO 2 + Na 2 CO 3 → Na 2 SiO 3 + CO 2 (15.в) Fe 2 O 3 + Na 2 CO 3 → 2 NaF e O 2 + CO 2 2 Na 2 SiO 3 + 2 Al 2 O 3 → Na 2 O · Al 2 O 3·2 SiO 2 + 2 NaAlO 2 (15.г) Na 2 O · Al 2 O 3·2 SiO 2 + 2 CaO → 2 CaSiO 3 + 2 NaAlO 2 выщелачивание и разбавление NaFeO 2 + 2 H 2 O → NaOH + Fe (OH)3 (15.д) удаление остатков SiO 2 2 Na 2 SiO 3 + 2 NaAlO 2 + Ca (OH)2 + 4 H 2 O → CaO · Al 2 O 3·2 SiO 2·2 H 2 O ¯ + 6 NaOH (15.е) карбонизация:
2NaAlO 2 + CO 2 + 3 H 2 O → 2 Al (OH)3 + Na 2 CO 3 (15.ж) кальцинация 2 Al (OH)3 → Al 2 O 3 + 3 H 2 O Комбинирование двух способов позволяет не только перерабатывать боксит с высоким содержанием кремния, но и заменить едкий натр более дешевым карбонатом натрия. Комбинированный способ применяют также для одновременной переработки низко- и высококремнистого боксита, а также с целью исключения процесса каустификации соды, которую можно использовать при спекании. Основной целью переработки нефелинов является отделение Al 2 O 3 от кремнекислоты и щелочи. При переработке нефелинов получают обычно три продукта: глинозем, поташ (или соду) и известково-кремниевые шламы, используемые для производства портланд-цемента. Переработка нефелинов аналогична переработке боксита методом спекания. Предложены и гидрохимические способы переработки нефелинов. Переработка алунитов осуществляется восстановительно-щелочным способом в печах кипящего слоя. Принципиальной особенностью этого способа является обезвоживание и восстановительный обжиг алунитов. При этом в раствор переходят алюминат натрия и сульфаты щелочных металлов: раствор выпаривают, и сульфаты щелочных металлов выпадают в осадок. Раствор алюмината натрия далее перерабатывают по способу Байера.
Дата добавления: 2014-01-13; Просмотров: 1436; Нарушение авторских прав?; Мы поможем в написании вашей работы! Нам важно ваше мнение! Был ли полезен опубликованный материал? Да | Нет |