Способ спекания

Способ применяют для получения глинозема из высококремнистых бокситов с кремниевым модулем менее 5-7 и из нефелиновых руд; способ пригоден также для переработки любого алюминиевого сырья.

Сущность способа заключается в получении твердых алюминатов путем их спекания при высоких (~ 1300 ⁰С) температурах и в последующем выщелачивании полученного спека.

Получение глинозема из бокситов. Основные стадии этого процесса следующие.

Подготовка к спеканию. Боксит и известняк после дробления измельчают в мельницах в среде оборотного содового раствора с добавкой свежей соды, получая пульпу с влажностью 40%.

Спекание ведут в отапливаемых трубчатых вращающихся печах диаметром до 5 и длиной до 185 м. Температура в печи повышается от 200 -300⁰С в месте подачи пульпы до ~ 1300⁰С в разгрузочном конце у горелки. При нагреве оксид алюминия превращается в водорастворимый алюминат натрия:

Al₂O₃ + Na₂CO₃ = Na₂O ^. Al₂O₃ + CO,

а кремнезем связывается в малорастворимые силикаты: SiO₂ + 2CaO = 2CaO ^. SiO₂. С содой реагирует также боксита, образуя Na₂O ^. Fe₂O₃. Эти химические соединения спекаются, образуя частично оплавленные куски - спек.

После обжиговой печи спек охлаждают в холодильниках, дробят до крупности 6 -8 мм и направляют на выщелачивание.

Выщелачивание ведут горячей водой проточным методом в аппаратах различной конструкции: диффузорах (цилиндрических сосудах, куда порциями загружают и выгружают спек), в конвейерных выщелачивателях и др. Наиболее совершенными являются трубчатые выщелачиватели непрерывного действия (рис.3). Загружаемый через бункер 1 в сосуд высотой 26 м спек благодаря непрерывной выгрузке секторными разгружателями 2 движется вниз и промывается встречным потоком воды. В воде растворяется алюминат натрия, вода разлагает феррит натрия Na₂O ^. Fe₂O₃ и Fe₂O₃ выпадает в осадок. Продуктами выщелачивания являются алюминатный раствор и красный шлам, содержащий Fe₂O₃, Al₂O₃, SiO₂, CaO. В алюминатный раствор переходит немного кремнезема в виде гидросиликатов, в связи с чем раствор подвергают обескремниванию.

Обескремнивание алюминатного раствора осуществляют в батарее автоклавов длительной (~ 2,5 ч) выдержкой при температуре 150 - 170⁰ С. В этих условиях вырастают кристаллы нерастворимого в воде соединения Na₂O ^. Al₂O₃^. 2SiO₂ ^, 2H₂O (иногда к раствору добавляют известь, в этом случае образуются кристаллы CaO ^, Al₂O₃^. 2SiO₂ ^, 2H₂O). Из автоклавов выходит пульпа, состоящая из алюминатного раствора и осадка - белого шлама. Далее раствор отделяют от белого шлама путем сгущения и фильтрации. Белый шлам идет в шихту для спекания, а раствор направляют на карбонизацию.

Карбонизацию проводят с целью выделения алюминия в осадок Al₂O₃^. 3H₂O (карбонизация заменяет декомпозицию в способе Байера). Карбонизацию осуществляют в сосудах цилиндрической или цилиндроконической формы объемом до 800 м³ пропусканием через раствор отходящих газов спекательных печей, содержащих 10 -14% CO₂. Газы перемешивают раствор, а разлагает алюминат натрия:

Na₂O ^. Al₂O₃ + CO₂ + 3H₂O = Al₂O₃^. 3H₂O + Na₂CO₃

и гидроксид алюминия выпадает в осадок.

Далее проводят те же технологические операции, что и в способе Байера: отделение Al₂O₃^. 3H₂O от раствора и кальцинацию - обезвоживание гидроксида алюминия прокаливанием в трубчатых печах с получением глинозема Al₂O₃.

Примерный расход материалов на получение 1 т глинозема, т: боксита 3,2 - 3,6; известняка 1,35; извести 0,025; кальцинированной соды 0,19; условного топлива 1,1 - 1,2; электроэнергии ~800 кВт т.

Получение глинозема из нефелинов. Нефелиновый концентрат или руду и известняк после дробления размалывают в водной среде, получая пульпу для спекания. В связи с наличием в составе нефелина щелочей не требуется добавок в шихту соды.

Спекание производят в отапливаемых трубчатых вращающихся печах диаметром 3 - 5 и длиной до 190 м; пульпу заливают в печь со стороны газов, где температура равна 200 - 300⁰ С, а в разгрузочном конце она достигает 1300⁰ С. В процессе нагрева нефелин взаимодействует с известняком:

(Na, K)₂O. Al₂O₃^. 2SiO₂ + 4 CaCO₃ = (Na, K)₂O ^. Al₂O₃ + 2(2CaO ^. SiO₂) + 4CO₂

В результате этой реакции входящие в состав нефелина Na₂O и K₂O обеспечивают перевод глинозема в водорастворимые алюминаты, а CaO связывает кремнезем в малорастворимый двухкальциевый силикат. Получаемый спек охлаждают в холодильниках и дробят.

Выщелачивание нефелинового спека совмещают с его размолом и проводят в шаровых или стержневых мельницах в среде горячей воды со щелочным раствором, получаемым после карбонизации. В процессе выщелачивания алюминаты растворяются в воде и остается известково-кремнистый шлам, который идет на производство цемента.

Обескремнивание алюминатного раствора проходит в две стадии. Первую проводят в автоклавах в течении 1,5-2 ч при температуре 150-170 ⁰С; при этом в осадок выпадают содержащие кремнезем алюмосиликаты, этот осадок идет а шихту для спекания.

Вторую часть алюминатного раствора дополнительно обескремнивают в мешалках с добавкой извести при ~ 95 ⁰С в течении 1,5-2 ч. При этом в осадок выпадает известковосиликатный шлам и обеспечивается глубокое обескремнивание алюминатного раствора. Затем этот раствор подвергают кальцинации, получая в осадке гидроксид алюминия и глубоко обескремненный содовый раствор, из которого далее в содовом цехе получают поташ (K₂ CO₃) и кальцинированную соду (Na₂CO₃); глубокое обескремнивание необходимо для получения этих товарных продуктов.

Кальцинация. Гидроксид алюминия после обеих ветвей переработки алюминатного раствора подвергают промывке и фильтрации и затем направляют на кальцинацию (обезвоживание), которую проводят так же, как в способе Байера, получая глинозем.

Примерный расход материалов на получении 1т глинозема из нефелинов, т: нефелина 4; известняка 7; извести 0,1; условного топлива 1,5; электроэнергии ~ 1000 кВт ^, ч. При этом получают около 1 т содопродуктов и до 10 т цемента. [2]

Дата добавления: 2014-11-18