Способ спекания глинозема

Схема производства глинозема из бокситов способом спекания представлена на рис. 80 Сущность способа заключается в переводе окиси алюминия в твердый алюминат натрия за счет взаимодействия Al2O3 с содой и связывания кремнезема в нерастворимый двухкальциевый силикат. Далее алюминат растворяют и отделяют от нерастворившейся части. По способу спекания перерабатывают бокситы, содержание более 6—8% (до 16—20%) кремнезема. Процесс спекания измельченных боксита, известняка и соды ведется в трубчатых вращающихся печах. Взаимодействие окислов металлов боксита с содой и известняком начинается примерно при 700 и заканчивается при 1150—1250° С:

Во время выщелачивания NaAlO2 растворяется и переходит в алюминатный раствор и промывные воды. При этом при недостаточном ак (меньше 1,5) или пониженной температуре (меньше 90° С) некоторое количество Al2O3 может потеряться вследствие разложения алюмината. Ca2SiO4 не растворяется, но незначительно разлагается водой: Ca2SiO4 + 4Н2О = 2Са(ОН)2 + H4SiO4.

Переход в раствор SiO2 приводит к потере Al2O3. Чтобы меньше терять глинозема, выщелачивание следует вести быстро. Феррит натрия разлагается водой полностью: 2KaFeО2 + H2O = 2NaOH + Fe2O3. От отношения содержаний Al2O3 и Fe2O3 в боксите зависит исходный каустический модуль раствора При низком содержании Fe2O3 в боксите выщелачивание надо проводить щелочным раствором, чтобы довести ак до 1,45—1,5. В настоящее время применяется только мокрый размол шихты, а следовательно, и мокрое спекание.
В заводской практике спек можно выщелачивать как в системе последовательно соединенных мешалок (агитационное выщелачивание), так и в выщелачивателях проточного типа — диффузорах, трубчатых выщелачивателях со спиралью, в перколяционных конвейерных выщелачивателях. В результате получают алюминатные растворы, содержащие 140—160 г/л Al2O3. После выщелачивания получают мутные растворы или пульпу. Последующие операции сходны с работой на красной стороне (сгущение, промывка, фильтрация). Ho затем алюминатные растворы после выщелачивания подвергают обескремниванию для удаления кремнекислоты, которой содержится 3—4% г/л на 100 г/л Al2O3 (отношение Al2O3 : SiO2 = 25/30) Для получения глинозему высших марок (ГА8 и ГА85) алюминатный раствор обескремнивают с помощью добавок извести в две стадии с целью получения раствора с кремневым модулем не менее 1000—1200.
Очищенный от кремнезема алюминатный щелочный раствор разлагают углекислотой: 2NaOH + CO2 — Na4CO3 и 2NaAlO2 + 3H2O + CO2 = Аl2O3*3Н2O + Na2CO3. В отличие от реакции ьыкручивания реакцию карбонизации можно довести практически до конца Ho при этом получается загрязненный глинозем. Поэтому осаждение ведут до остаточного содержания Al2O3 около 5 г/л или заканчивают операцию выкруткой.
На заводах работают карбон-заторы с механическим перемешиванием и глубоким газоподводом, а также цилиндро-конические карбонизаторы с воздушным перемешиванием, сходные с декомпозерами, емкостью до 500—600 м3. Для карбонизации используют очищенные дымовые газы печей спекания, содержащие 12—14 % CO2 Процесс ведут при температуре 70—80 С таким образом, чтобы гидроокись алюминия получалась крупностью 50—60 мкм с небольшим содержанием кремнезема и щелочи. Для улучшения кристаллической структуры гидроокиси алюминия карбонизацию проводят в присутствии затравки при затравочном отношении 1,0. Дальнейшие операции получения Al2O3 такие же, как на белой стороне способа Байера, Маточный содовой раствор после контрольной фильтрации выпаривают и передают в отделение подготовки шихты. При получении глинозема способом спекания удается извлечь около 82% Al2O3. Расход материалов на 1 т глинозема большой, т: 3,2—3,6 боксита (влажного), 1,3—1,4 известняка, 0,02—0,03 извести, 0,18—0,20 кальцинированной соды, 1,1—1,2 топлива условного, электроэнергии около 800 кВт*ч.

Скомбинировать процесс Байера с процессом спекания можно двумя способами: параллельно и последовательно
В первом слeчае часть боксита с повышенным содержанием кремнезема, например с 10—16% SiO2, направляют на спекание, а вторую часть с 4—6% SiO2 на варку в автоклавы Во втором случае весь боксит сначала выщелачивают, а спекают красные шламы. Алюминатные растворы и в том, и в другом случаях не карбонизируют, а подают на выкручивание. Параллельный вариант позволяет перерабатывать больше сырья, лучше использовать запасы бокситов. Применяя последовательный вариант, мы повышаем извлечение глинозема и снижаем расход щелочи. В обоих случаях необходимую для процесса Байера щелочь получают на самом предприятии из кальцинированной соды. Очевидно, что с помощью комбинированных способов получают экономию на щелочи, но расходуют известняк и топливо. Ho особенно важно более полное извлечение глинозема.

Основная составляющая нефелинового сырья (концентратов и руд) — нефелин (Na, К)2О*Al2O3*2SiО2. Впервые в мире промышленный процесс комплексной переработки нефелинов был осуществлен в 1952 г. на Волховском алюминиевом заводе по разработкам советских специалистов. Из нефелинов получают Na2CO3, K2CO3, Al2O3, Ga и цемент.
Как видно из химической формулы нефелина, в его состав входят щелочные металлы в количествах, достаточных для образования алюминатов. Поэтому во время подготовки шихты теоретически можно ограничиться добавкой одного известняка. Практически в состав нефелиновой шихты входят нефелин, известняк, обороты и при недостатке щелочей оборотный содопоташный раствор. Нефелиновую шихту размалывают до содержания класса 4-80 мкм не более 5—6% и класса 50 мкм не менее 85%.
Для спекания нефелинов требуется температура 1250—1300° С. Нефелиновую шихту подают в печь наливом. Процесс идет по реакции R2O*Al2O3*2SiO2 + 4СаСO3 = 2RAlO2 + 2Ca2SiО4 + 4СО2.
Спек охлаждают во вращающихся барабанных или колосниковых холодильниках воздухом и выщелачивают в оборотном щелочном растворе, совмещая ею с размолом в шаровых или стержневых мельницах. Нефелиновые шламы отделяют от алюминатного раствора и промывных вод в фильтрах-сгустителях. Остаток — белитовый шлам — направляют на производство цемента, где к нему добавляют Fe2O3 и спекают. Алюминатный раствор (90 г/л Al2O3, ак = 1,45/1,55) перерабатывают, как и в случае спекания боксита. Однако маточный содовой раствор после карбонизации — выкрутки не берут в оборот, а подают в содовый цех для получения поташа (K2CO3) и кальцинированной соды (Na2CO3). Весь глинозем, полученный из нефелинов, соответствует маркам ГA8 и ГА85. Расход материалов на получение 1 т глинозема из нефелинов примерно следующий, т: 4 нефелина, 7 известняка, 0,1 извести, 1,5 условного топлива, 1000 кВт*ч электроэнергии. При переработке нефелинов на каждую тонну глинозема получается около 1 т содопродуктов и до 10 т цемента.