Способы производства глинозема из боксита. Контрольная работа: Производство глинозема

Глинозём Al 2 O 3 является основным исходным материалом в производстве алюминия. Рудной базой для производства глинозёма служат преимущественно бокситы, а также нефелины, алуниты и некоторые другие глинозёмсодержащие руды.

Наиболее распространенный в мировой алюминиевой промышленности способ производства глинозёма носит название способа Байера. Этим способом вырабатывают глинозём из высокосортных гидратных бокситов с относительно невысоким содержанием растворимого в щелочном растворе кремнезёма.

Исходный боксит размалывают в среде концентрированного щелочного раствора, при этом происходит выщелачивание оксида алюминия и он переходит в раствор. Полученная пульпа состоит из раствора алюмината натрия и нерастворимого остатка боксита – красного шлама. Шлам удаляют из раствора отстаиванием (сгущением), промывают водой и направляют в отвал.

Алюминатный раствор фильтруют и чистый раствор направляют на разложение (декомпозицию), что достигается длительным перемешиванием алюминатного раствора с затравочным материалом – оборотным гидроксидом алюминия. Образовавшийся гидроксид алюминия отделяется от маточного раствора сгущением, а часть его возвращается в качестве затравки в следующие порции раствора, идущего на декомпозицию.

Полученный гидроксид после фильтрации и промывки прокаливают (кальцинируют) при температуре порядка 1200ºС. В результате кальцинации гидроксид обезвоживается и превращается в порошковый глинозём. Технический глинозём представляет собой смесь основных модификаций кристаллов Al 2 O 3: a-глинозём и

g-глинозём.

Первая модификация - a-глинозём представляет собой безводную форму оксида алюминия с плотностью 4,0 г/см³. Эта форма глинозёма практически негигроскопична. Поверхность зёрен имеет повышенную шероховатость. Это придаёт глинозёму меньшую сыпучесть и он с трудом просыпается через отверстия; a-глинозём обладает повышенной абразивностью.

Плотность g-глинозёма равна 3,77 г/см³. Эта модификация глинозёма гигроскопична, структура зёрен рыхлая. Зёрна g- Al 2 O 3 имеют развитую поверхность и химически весьма активны. Сцепление зёрен g- Al 2 O 3 невелико и такой глинозём отличается повышенной текучестью. По мере повышения температуры и продолжительности кальцинации зёрна g-глинозёма уплотняются, промежутки между кристаллитами сокращаются и g- Al 2 O 3 переходит в модификацию a- глинозёма.

Из многих факторов, влияющих на структуру глинозёма, два можно считать наиболее значимыми:

Условия декомпозиции (концентрация алюминатного раствора и его температура, количество и дисперсный состав затравочного материала, модуль конечного маточного раствора и др.), определяющие преимущественно крупность частиц продукционного оксида алюминия; именно на этой стадии можно регулировать крупность зерна глинозёма;

Условия кальцинации, определяющие структуру зёрен товарного глинозёма и соотношение в нём a- и g - Al 2 O 3 .

В основе других способов получения глинозёма заложена предварительная обработка руд, в том числе их спекание с тем или иным модификатором для связывания балластных примесей. Однако в конечном итоге оксид алюминия будет переведен в алюминатный раствор с дальнейшим выделением из него гидроксида алюминия и кальцинацией как и по способу Байера.

Как выбрать необходимый для производства глинозём и правильно оценить его качество? Можно назвать несколько определяющих требований к качеству глинозёма:

Повышенная скорость растворения в электролите и достаточная адсорбционная (поглащающяя) активность поверхности относительно летучих фтористых соединений;

Хорошая текучесть при возможно меньшем пылении;

Удовлетворительные теплофизические свойства.

В промышленных условиях следует стремиться к максимальному совмещению этих свойств в используемом глинозёме. В табл. 2.1 приводится общеизвестная классификация глинозёма по видам.

Таблица 2.1

Классификация глинозёма по физическим свойствам

Согласно этой классификации глинозёмы подразделяются на следующие типы:

Мучнистый (пылевидный);

С пониженной степенью кальцинации (слабопрокалённый);

Песчаный (крупнозернистый).

Второй тип глинозёма производится для некоторых отечественных предприятий с учетом использования его в установках «сухой» очистки газа.

Скорость растворения являются наиболее значимым показателем качества глинозёма. Промышленный опыт показывает, что узкий диапазон частиц глинозёма +45-100 мкм со сдвигом крупности ближе к 100 мкм и содержание a-Al 2 O 3 не более 10% (остальное g- Al 2 O 3) обеспечивают хорошую смачиваемость и удовлетворительную скорость растворения глинозёма в электролите.

Это достигается за счёт большого содержания в глинозёме частиц g-Al 2 O 3 , имеющих развитую ультрапористую структуру, достаточно большую удельную поверхность (более 60-80 м²/г), определённую методом гелиевой адсорбции или сокращенно «по БЭТ», и высокую степень насыщения структуры не скомпенсированными химическими связями. Особенно велико их химическое сродство к фтору, что и придаёт им свойства повышенной растворимости в электролите. Химическое сродство глинозёма к фтору проявляется также в эффективном улавливании фтористых соединений в сухой газоочистке.

Не менее важным свойством глинозёма является его способность образовывать устойчивую корку на поверхности электролита. Мягкая, но достаточно плотная корка с хорошим сцеплением частиц образуется при использовании глинозёма с теми же характеристиками по содержанию a-Al 2 O 3 и класса менее 45 мм, которые указаны выше для песчаного глинозёма.

Такая корка хорошо пропитывается электролитом и содержит больше глинозёма, легче поддаётся разрушению при обработке электролизёров и при ударе пробойника АПГ, чем корки, образующиеся при использовании мучнистого глинозёма. Следует также отметить, что устойчивая корка образуется при условии, когда глинозём хорошо смачивается электролитом. Мучнистый глинозём, в отличие от песчаного, смачивается значительно хуже, и корка состоит преимущественно из застывшего электролита, поверх которого находится глинозём. Прочность такой корки очень высока.

Теплопроводность и объёмная плотность глинозёма играют большую роль в тепловом балансе электролизёра, в том числе в регулировании тепловых потерь через глинозёмную засыпку или укрытие анодного массива у электролизёров ОА, в поддержании стабильного уровня электролита и защите боковых поверхностей анода от окисления.

Текучесть глинозёма определяется в основном гранулометрическим составом материала, а также содержанием в нём a- Al 2 O 3 . Материалом с хорошей текучестью можно считать глинозём с пониженной степенью прокалки. Он имеют крупность зерна более

45 мкм, высокую степень однородности гранулометрического состава и угол естественного откоса 30-40º. Однако в наибольшей степени требованию высокой текучести удовлетворяет песчаный глинозём, содержащий фракцию < 45 мкм не более 10% и a- Al 2 O 3 в пределах 5%, с углом естественного откоса менее 35º.

Глинозёмы со слабой текучестью и углом естественного откоса >40-45º комкуются при контакте с электролитом. Образовавшиеся комки обволакиваются электролитом и, имея больший удельный вес, оседают через границу металл-электролит, образуя осадок. Кроме того, на электролизёрах ВТ глинозёмы с плохой текучестью при перемещении анода зависают, образуя пустоты, по которым воздух проникает до боковых граней анода и окисляет их. Однако если текучесть глинозёма будет слишком велика, то надежное укрытие анодов будет затруднено, что особенно важно для электролизёров с обожженными анодами.

Потери глинозема за счет уноса с анодными газами в виде пыли зависят, главным образом, от его гранулометрического состава (от содержания фракции менее 10-20 мкм), от технологии обработки электролизёров, настройки АПГ и частоты анодных эффектов. Суммарные потери мучнистого глинозёма составляют 17-25 кг/т алюминия, что на ~ 10-15 кг/т выше по сравнению с результатами для песчаного глинозёма.

В глинозёме, используемом для производства алюминия, должно содержаться минимальное количество соединений железа, кремния, тяжелых металлов с меньшим потенциалом выделения на катоде, чем алюминий, т.к. они легко восстанавливаются и переходят в катодный алюминий. Нежелательно также присутствие в глинозёме избытка оксидов щелочных металлов, поскольку они вступают во взаимодействие с фтористым алюминием электролита по реакции

3 Na 2 O + 2 AlF 3 = 6 NaF + Al 2 O 3 ,

разлагают его и тем самым нарушают установленное криолитовое отношение. Для восстановления к.o. требуется корректировка электролита фтористым алюминием, что удорожает стоимость первичного алюминия. В случае содержания Na 2 O в глинозёме 0,3 % и более при работе на кислых электролитах начинается наработка излишнего количество электролита, который необходимо периодически сливать из ванны.

Для расчёта количества AlF 3 (Сфа , кг), требуемого для корректировки электролита, можно пользоваться формулой И.П.Гупало

Сфа = 2 m (К1 – К2) / С (2 + К1)К2

где: К1 и К2 - к.о. электролита соответственно до и после корректировки; m – масса корректируемого электролита, кг; С – содержание AlF 3 в промышленной соли фтористого алюминия, доли ед.

Эта формула с соответствующими коэффициентами на состав сырья, срок службы электролизёра, температуру электролита и др. служит основой существующих методик расчета корректирующей дозы фтористого алюминия.

Пример. Примем в формуле И.П.Гупало m = 10 000кг, С = 0,9, исходное к.о. 2,4, целевое к.о. 2,35. Для корректировки потребуется 106 кг фтористого алюминия.

На основании изложенного материала можно считать, что весьма приемлемыми свойствами обладает глинозём следующей спецификации:

По химическому составу глинозём должен соответствовать требованиям, приведенным в ГОСТ 30558-98 «Глинозём металлургический» (табл. 2.2).

Таблица 2.2

Требования к глинозёму

Примечания: 1.Тяжелые примеси – сумма оксидов TiO+V 2 O 5 +Cr 2 O5+MnO.

2.П.п.п. – потери при прокаливании, имеющие физический смысл контроля остаточных летучих веществ после кальцинации.

Технология производства алюминия сос­тоит из двух стадий: первая - производства глинозема и вторая - электролитическое получение алюминия из глино­зема. За рубежом практически весь глинозем получают из бокситов в основном способом Байера (К.И.Байер - австрий­ский инженер, работавший в России), на отечественных за­водах глинозем получают из бокситов способом Байера и из бокситов и нефелинов способом спекания. Оба эти способа относятся к щелочным методам выделения глинозема из руд. Способ Байера экономически целесообразно использовать для переработки бокситов с небольшим содержанием SiO 2 (с кремниевым модулем Al 2 O 3 /SiO 2 более 5-7), поскольку при росте количества SiO 2 все больше Al 2 O 3 и используемой в процессе щелочи теряются из-за образования химического соединения Na 2 O Al 2 O 3 2SiO 2 2H 2 O.

Для переработки бокситов с кремниевым модулем менее 5-7 более экономичным является способ спекания. В связи с истощением богатых глиноземом месторождений боксита и вовлечением в производство более бедных бокситов, доля способа Байера в производстве глинозема снижается и воз­растает доля способа спекания.

Способ Байера

Способ Байера - способ выделения глинозема из боксита - основан на выщелачивании, цель которого растворить содер­жащийся в боксите оксид алюминия Al 2 O 3 , избежав перевода в раствор остальных составляющих боксита (SiO 2 , Fe 2 O 3 и др.). В основе способа лежит обратимая химическая реак­ция:

Al 2 O 3 n H 2 O + 2NaOH = Na 2 O Al 2 O 3 + (n + 1)H 2 O.

При протекании реакции вправо глинозем в виде алюмината натрия переходит в раствор, а при обратном течении реак­ции образующийся гидратированный Al 2 O 3 выпадает в осадок. Упрощендая схема производства глинозема по способу Байера показана на рис. 244. Ниже описаны основные операции этого способа.

1. Подготовка боксита к выщелачиванию . Боксит дробят и размалывают до фракций размером 0,05-0,15 мм в среде добавляемой щелочи и оборотного раствора щелочи NaОН, добавляют также немного извести, активизирующей выщелачивание.

2. Выщелачивание . Полученную при помоле пульпу направляют на выщелачивание. Для полного протекания приведенной выше реакции вправо (образования алюмината натрия) необходимы щелочная среда, высокое давление (~ 3 МПа), нагрев пульпы до 100-240 °С (в зависимости от сорта боксита) и ее длительное (около 2 ч) перемешивание. Такие условия обеспечиваются в автоклавах - сосудах, работающих под давлением. Применяемые автоклавы представляют собой (рис.245) стальной цилиндрический сосуд диаметром 1,6-2,5 и высотой 13,5-17,5 м. Давление в автоклаве 2,5-3,3 МПа, пульпу подают сверху, снизу через патрубок 2 с барботером 3 - пар, который нагревает и перемешивает ее. Из автоклава пульпа выдавливается через трубу 1.

Пульпу обычно пропускают через батарею из 6-10 последовательно установленных автоклавов, где в течение ~ 2 ч содержащийся в пульпе в виде Al 2 O 3 Н 2 O, Al 2 O 3 3Н 2 O и Al 2 O 3 глинозем реагирует со щелочью (реакция приведена выше), переходя в Na 2 O Al 2 O 3 . В первый автоклав пульпу подают насосом, предварительно подогрев до ~ 150 °С, из последнего автоклава пульпа попадает в два автоклава-испарителя, в которых давление снижается до атмосферного. Про­дуктом является автоклавная пульпа, состоящая из алюми- натного раствора (содержащего Na 2 O Al 2 O 3) и шлама (осадка, в который выпадают остальные примеси боксита).

3. Разделение алюминатного раствора и шлама после раз­бавления пульпы водой производят в сгустителях (отстойни­ках) - сосудах диаметром 15-50 м, на дне которых оседает шлам, а через верх сливается отстоявшийся алюминатный раствор. Его дополнительно пропускают через фильтры и направляют на следующую операцию - декомпозицию. Получае­мый красный шлам (окраску ему придают частицы Fe 2 O 3) идет в отвал, шлам содержит, %: Al 2 O 3 12-18, SiO 2 6-11, Fe 2 O 3 44-50, CaO 8-13.

4. Разложение алюминатного раствора , называемое также декомпозицией или выкручиванием проводят с целью перевес­ти алюминий из «раствора в осадок в виде Al 2 O 3 3Н 2 O, для чего обеспечивают течение приведенной выше реакции выще­лачивания влево, в сторону образования Al 2 O 3 3Н 2 O. Что­бы указанная реакция шла влево, необходимо понизить дав­ление (до атмосферного), разбавить и охладить раствор, ввести в него затравки (мелкие кристаллы гидрооксида алю­миния) и пульпу для получения достаточно крупных кристал­лов Al 2 O 3 3Н 2 O перемешивать в течение 50-90 ч.

Этот процесс осуществляют в серии установленных после­довательно и соединенных перепускными сифонами декомпозеров, через которые последовательно проходит пульпа (алюминатный раствор с выпадающими кристаллами гидроокси­да алюминия). В серии устанавливают 10-11 декомпозеров с механическим перемешиванием или 16-28 декомпозеров с воз­душным перемешиванием пульпы. Первые представляют собой баки диаметром до 8 м, в которых перемешивание осуществ­ляют вращением вокруг вертикальной оси волокуш (гребков). Декомпозеры второго типа, преимущественно применяемые в настоящее время, представляют собой цилиндрические баки высотой 25-35 м и объемом до 3000 м3; снизу в них подают сжатый воздух, перемешивающих пульпу.

5. Отделение кристаллов гидрооксида алюминия от раствора и классификация кристаллов по крупности . После декомпозиции пульпа поступает в сгустители, где гидро­оксид отделяют от раствора. Полученный гидрооксид в гид­росепараторах разделяют на фракцию с размером частиц 40-100 мкм и мелкую фракцию (размером < 40 мкм), которую используют в качестве затравки при декомпозиции. Крупную фракцию промывают, фильтруют и направляют на кальцинацию.

6. Кальцинацию или обезвоживание гидрооксида алюминия осуществляют в футерованных шамотом трубчатых вращающихся печах диаметром 2,5-5 и длиной 35-110 м, отапливаемых природным газом или мазутом. Гидрооксид медленно перемещается вдоль вращающегося барабана навстречу потоку горячих газов, температура которых повышается от 200-300 °С в месте загрузки до ~ 1200 °С вблизи горелки у разгрузочного торца барабана. При нагреве гидрооксида идет реакция: Al 2 O 3 3H 2 O = Al 2 O 3 + 3Н 2 O, заканчивающая­ся при 900 °С. Продуктом является глинозем Al 2 O 3 (порошок белого цвета).

Извлечение глинозема при использовании описанного спо­соба Байера составляет около 87 %. На производство 1 т глинозема расходуют 2,0-2,5 т боксита, 70-90 кг NaOH, около 120 кг извести, 7-9 т пара, 160-180 кг мазута (в пересчете на условное топливо) и около 280 кВт ч элект­роэнергии.

Способ спекания

Способ применяют для получения глинозема из высококрем­нистых (> 6-8 % SiO 2) 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 °С) 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 Na 2 CO 3 , 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 200-300 °С в месте подачи пульпы до ~ 1300 °С в разгрузочном конце у горелки. При нагреве оксид алюминия превращается в водорастворимый алюминат натрия:

Al 2 O 3 + Na 2 CO 3 = Na 2 O Al 2 O 3 + CO,

а кремнезем связывается в малорастворимые силикаты: SiO 2 + 2СаО = 2СаО Si02. С содой реагирует также Fe 2 O 3 боксита, образуя NaaO Fe203. 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. 246). 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 также феррит натрия Na 2 O Fe 2 O 3 и Fe 2 O 3 выпадает в осадок. Продуктами выщелачивания являются алюминатный раствор и красный шлам, содержащий Fe 2 O 3 , Al 2 O 3 , SiO 2 , CaO. В алюминатный раствор переходит немного кремнезема в виде гидросиликатов, в связи с чем раствор подвергают обескремниванию.

Обескремнивание алюминатного раствора осуществляет в батарее автоклавов длительной (~ 2,5 ч) выдержкой при температуре 150-170 °С. В этих условиях вырастают кристаллы нерастворимого в воде соединения Na 2 O Al 2 O 3 2SiO 2 2Н 2 О (иногда к раствору добавляют известь, в этом случае образуются кристаллы СаО Al 2 O 3 2SiO 2 2H 2 O). 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 Al 2 O 3 3Н 2 O (карбонизация заменяет декомпозицию в способе Байера). Карбонизацию осуществляют в сосудах цилиндрической или цилиндроконической формы объемом до 800 м 3 пропусканием через раствор отходящих газов спекательных печей, содержащих 10-14 % СO 2 . Газы перемешивают раствор, а СO 2 разлагает алюминат натрия: Na 2 O Al 2 O 3 + СO 2 + 3Н 2 O = Al 2 O 3 3Н 2 O + Na 2 CO 3 и гидроксид алюминия выпадает в осадок.

Далее проводят те же технологические операции, что и в способе Байера: отделение Al 2 O 3 3Н 2 O от раствора и кальцинацию - обезвоживание гидроксида алюминия прокали­ванием в трубчатых печах с получением глинозема Al 2 O 3 .

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 длинрй до 190 м; пульпу зали­вают в печь со стороны выхода газов, где температура рав­на 200-300 °С, а в разгрузочном конце она достигает 1300 °С. В процессе нагрева нефелин взаимодействует с известняком:

(Na, К) 2 O Al 2 O 3 2SiO 2 + 4СаСО 3 = (Na, К) 2 O Al 2 O 3 + 2(2СаО SiO 2) + 4СO 2 .

В результате этой реакции входящие в состав нефелина Na 2 O и К 2 O обеспечивают перевод глинозема в водораствори­мые алюминаты, а СаО 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 (называемый белитовым), который идет на производство це­мента.

Обескремнивание алюминатного раствора проходит в две стадии. Первую проводят в автоклавах в течение 1,5-2 ч при температуре 150-170 °С; при этом в осадок выпадают содержащие кремнезем алюмосиликаты, этот осадок (белый шлам) идет в шихту для спекания.

Алюминатный раствор после первой стадии обескремнивания делят на две части. Одну часть далее подвергают кар­бонизации (так, как при переработке бокситов) с последую­щей декомпозицией, после чего получают в осадке гидроок­сид алюмния и содощелочной раствор, идущий на выщелачива­ние спека.

Вторую часть алюминатного раствора дополнительно обескремнивают в мешалках с добавкой извести при ~ 95 °С в течение 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 (К 2 СО 3) и кальцинированную соду (Na 2 СO 3); глубокое обескремнивание необходимо для получения этих товарных продуктов.

Кальцинация . Гидрооксид 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 получение 1 т 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.

div class=”content”>

Глава V. ПОЛУЧЕНИЕ ГЛИНОЗЕМА
ПО СПОСОБУ БАЙЕРА
(часть 1)

§ 17. Общая схема процесса

Способ Байера наиболее распространен в мировой алюминиевой промышленности. Этим способом перерабатывают высококачественные бокситы с относительно невысоким содержанием растворимого в щелочном растворе кремнезема. Байеровский боксит должен иметь высокий кремневый модуль (не менее 6-7) и не
содержать больших количеств серы и двуокиси углерода, которые осложняют переработку боксита по этому способу. Примерная технологическая схема производства глинозема no способу Байера показана на рис. 6.

Боксит, поступающий со склада, дробят, после чего размалывают в среде концентрированного щелочного раствора. Этим раствором боксит затем выщелачивают, чтобы перевести оксид алюминия в раствор. Для более полного перевода оксида алюминия в раствор выщелачивание часто ведут в присутствии небольших количеств извести. Полученная в результате выщелачивания пульпа состоит из раствора алюмината натрия и нерастворимого
остатка боксита - красного шлама. Шлам отделяют от алюминатного раствора отстаиванием (сгущением), после чего промывают водой и направляют в отвал, а промывные воды используют для разбавления пульпы.

Алюминатный раствор для более полного отделения от него частиц шлама фильтруют. Чистый алюминатный раствор посту

Рис. 6. Схема производства глинозема по способу

пает на разложение (декомпозицию), которое достигается длительным перемешиванием алюмннатного раствора со значительным количеством затравочного гндроксида алюминия. Полученная
в результате декомпозиции пульпа состоит из выпавшего в осадок гидроксида алюминия и маточного щелочного раствора. Гидроксид
алюминия отделяют от маточного раствора сгущением. Часть полученного гидроксида алюминия возвращают в виде затравки в следующие порции раствора, идущего на декомпозицию, остальной гидроксид после фильтрации и промывки ‘прокаливают (кальцинируют) при высокой температуре. При прокаливании гидроксид
алюминия обезвоживается и превращается и глинозем.

Маточный щелочной раствор упаривают, чтобы повысить его концентрацию, и используют для выщелачивания новых порции боксита. Выпаривание маточного раствора может сопровождаться выделением в осадок некоторого количества соды. Выкристаллизовавшуюся соду отделяют от раствора, а чтобы снопа перевести
в каустическую щелочь, обрабатывают известью (каустифицируют).

§ 18. Цикл процесса Байера в системе Al 2 O 3 -Na 2 O -H 2 O

В основе способа Байера лежит химическая реакция Al(OH) 3 + +NaOH ⇄ NaA1O 2 +2H 2 O .

В условиях выщелачнвания равновесие этой реакции сдвинуто вправо, т. е. гидроксид алюминия из боксита ‘переходит в раствор в виде алюмината натрия. В условиях декомпозиции равновесие
сдвигается в обратную сторону, т. е. происходит гидролиз алюминатного раствора с выделением в осадок гидроксида алюминия.

Затраченная при выщелачивании щелочь освобождается при декомпозиции и возвращается в голову процесса-на выщелачивание новых порций боксита. Таким образом, в способе Байера цикл по щелочи замкнут.

На рис.7 показан примерный цикл процесса Байера в системе Al 2 O 3 -Na 2 O-H 2 O. Цикл начинается с выщелачивания боксита оборотным щелочным раствором. Составу этою раствора отвечает
точка А, которая лежит в области ненасыщенных глиноземом растворов. При выщелачивании глинозем из боксита переходит в раствор, в результате чего состав раствора из точки А перемещается в точку Б. Каустический модуль раствора при этом пони/кается (в данном случае с 3,56 до 1,65). Раствор в точке Б, как видно
на диаграмме, не насыщен глиноземом при 200 °С, но пересыщен при 30 и 60°С. Линию АБ, но которой изменяется концентрация раствора при выщелачивании, называют линией выщелачивания.
Она направлена к точке Al 2 O 3 .ЗH 2 O при выщелачивании гиббситовых бокситов и к точке Al 2 O 3 .H 2 O-при выщелачивании бемитовых и диаспоровых бокситов.

После выщелачивания раствор (пульпу) разбавляют. Разбавление конденсатом в зависимости от способа нагрева пульпы может начинаться еще в процессе выщелачивания. Состав раствора при этом перемещается из точки Б в точку В. Далее следует разбавление пульпы промывными водами. Так как при разбавлении
каустический модуль не изменяется, то точка Г , отвечающая составу раствора после разбавления, должка лежать на линии постоянного каустического модуля. Линия БГ, характеризующая изменение концентрации раствора при разбавлении, называется линией разбавления. Раствор в точке Г имеет температуру порядка
95-100°С; он практически стойкий.

Смешение алюминатного раствора с затравкой ведет к изменению его каустического модуля, так как вместе с затравкой вносится некоторое количество маточного раствора, имеющего высокий каустический модуль. Состав раствора при этом из точки Г переходит в точку Д. Линия ГД называется линией смешения
с затравкой.

Рис.7. Цикл процесса Байера в системеAl 2 O 3 -Na 2 O- H 2 O

5 10 15 20 25 30 35 40 45 Na 2 O ,%

При декомпозиции раствор охлаждается до температуры порядка 50 ºС и оказывается в области пересыщенных глиноземом растворов. Пересыщенный раствор гидролитически разлагается, что сопровождается снижением концентрации глинозема в нем и повышением каустического модуля. Составу маточного раствора после декомпозиции отвечает точка Е. Лкпня ДЕ называется линией декомпозиции. Она направлена к точке Al 2 O 3 .ЗH 2 O .

Далее следует выпаривание маточного раствора. При выпаривании концентрация раствора повышается, каустический же модуль остается постоянным, поэтому состав раствора из точки Е перемещается но линии постоянного каустического модуля в точку
Ж . Линия ЕЖ называется линией выпаривания. После добавки свежей щелочи состав оборотного раствора переходит в точку А , в которой цикл заканчивается н начинается новый.

§ 19. Подготовка боксита

Подготовка боксита в способе Байера включает в себя следующие основные операции: дробление боксита, его усреднение и измельчение. В зависимости от необходимой степени измельчения бокситов и их размалываемости на практике применяют различные схемы дробления н измельчения. Примерная схема двустадийного дробления боксита показана на рис. 8.

Боксит, размер кусков которого до 500 мм, из железнодорожных вагонов разгружают роторным вагоноопрокидывателем 1 в приемные бункера 2. Из бункеров боксит пластинчатым питателем 3 подается па крупное дробление в молотковую дробилку 4, где дробится до крупности 100-150 мм. Среднее дробление боксита до крупности 40 мм осуществляется в конусной дробилке 5 .

Рис. 8. Схема двухстадийного дробления боксита:

1 - роторный вагопоопрокидыватель; 2 и 2’ - бункера;

3 и 3’ – питатели; 4 - молотковая дробилка; 5 - конусная дробилка; 6 - грохот;

7 - склад

Перед конусной дробилкой установлен грохот 6 для отделения мелких кусков руды, не требующих дробления на второй стадии.

После среднего дробления системой транспортеров боксит подается для хранения и усреднения на оперативный склад 7 .

В способе Байера применяют мокрый размол боксита в шаровых мельницах, работающих совместно с гидроциклонами или механическими классификаторами. Размол ведут в среде оборотного
щелочного раствора.

На рис.9 показана схема одностадийного размола боксита в шаровой мельнице, работающей в замкнутом цикле с гидроциклонами. Из бункера 1 , расположенного над мельницей 4 , боксит пластинчатым питателем 2 подается на ленточный весоизмеритель 3 н далее в загрузочную течку мельницы. Сюда же поступает оборотный раствор, а также известь. Из мельницы размолотый боксит в виде пульпы поступает в мешалку 5, а из нее насосом перекачивается на классификацию в гидроциклоны 6. Пески гидроциклонов возвращаются в мельницу на доизмельчение, а слив
направляется на выщелачивание.

На рис.10 показана схема двустадийного размола боксита Здесь мельница первой стадии размола работает на боксите в открытом цикле с классификацией размолотого материала в гидроциклоне, а мельница второй стадии работает на песках в замкнутом цикле с гидроциклонами. Классификация пульпы после второй стадии размола проходит в две стадии в последовательно соединенных гидроциклонах. Неизбежные потерн щелочи в процессе
компенсируются добавками свежего каустика.

Пульпой называют смесь твердой и жидкой фаз, например в производстве глинозема-смесь размолотого боксита с оборотным щелочным раствором или смесь гидроксида алюминия со щелочным маточным раствором. Пульпа характеризуется химическим составом ее составляющих, отношением жидкой и твердой фаз по массе (ж: т) или содержанием твердого в одном литре пульпы

Боксит Слив на боксит

Рис 9. Схема одностадийного размола боксита:

1 - бункер, 2 - пластинчатый питатель, 3- ленточный весоизмеритель, 4 -мель-
ница, 5 -мешалка, 6- гидроциклоны

Рис 10. Схема двустадийного размола боксита 1 -бункер, 2 - тарельчатый питатель; 3 - ленточиыи весоизмеритель, 4 - мельница 1-й стадии, 5 -мельница 2-й стадии, 6- мешалки, 7 - гидроциклоны

(в граммах). При известном ж:т легко найти содержание твердого в 1 л. пульпы:

b= 1000р т р ж /[ж (р т + р ж)],

где b- содержание твердого в 1 л. пульпы, г; р т и p ж -плотность соответственно твердой и жидкой фаз пульпы, г/см 3 .

Для обеспечения лучших условий измельчения боксита в пульпе, выходящей из мельницы, должно поддерживаться определенное ж:т. Поэтому расход оборотного раствора следует распределять таким образом, чтобы получать требуемое соотношение
между жидкой и твердой фазами в мельницах Остаток оборотного раствора поступает в мешалку, из которой пульпа подается на классификацию. С помощью систем автоматического регулирования возможно автоматически поддерживать необходимое соотношение расходов боксита и оборотного раствора, поступающих
на размол, а также соотношение расхода оборотного раствора на измельчение и классификацию.

Необходимая степень измельчения зависит от природы боксита и условий его выщелачивания. Так, в измельченном североуральском боксите при принятом в настоящее время температурном режиме выщелачивания (240 °С) содержание фракции +150 мкм не должно превышать 2%, а содержание фракции -56 мкм должно быть не ниже 75%. Такое измельчение достигается при двустадийном размоле (см. рис. 10) Примерный режим
измельчения- ж:т в мельницах 1-й стадии 1,2-1,8, в мельницах 2-й стадии 0,6-1,0; температура оборотного раствора около 100 °С, диаметр шаров, загружаемых в мельницу 1-й стадии 80- 120 мм, в мельницу 2-й стадии 40-60 мм. Для гвинейского боксита оптимальным является более грубый размол, который достигается при измельчении в одну стадию (см. рис 9).

Кроме боксита и щелочною раствора, в состав шихты при переработке бокситов, содержащих диаспор и бемит, входит добавка извести. Чистая известь состоит в основном из СаО и представляет собой кусковой материал белого цвета, малорастворимый в воде (0,13% при 20°С). Известь добавляют к бокситу либо в бункера мельниц в виде кускового материала, либо непосредственно в мельницы в виде известкового молока. Для получения известкового молока известь гасят большим количеством воды или оборотного раствора и размалывают в мельницах. При взаимодействии СаО с водой образуется гидроксид кальция Са(ОН)2.

§ 20. Выщелачивание боксита

Химизм процесса

Выщелачивание боксита-одна из основных операций производства глинозема по способу Байера. Цель ее-перевод оксида алюминия из боксита в раствор в виде алюмината натрия. Это достигается обработкой измельченного боксита оборотным щелочным раствором; при этом происходят следующие реакции Al 2 O 3 H 2 O + 2NaOH == 2NаАlO 2 + 2H 2 O ; Al 2 O 3 3H 2 O + 2NaOH = 2NaAlO 2 + 4H 2 O .

Различные минералогические формы оксида алюминия ведут себя при выщелачивании по-разному. По степени убывания химической активности при взаимодействии со щелочным раствором минералогические формы Al 2 O 3 , присутствующие в бокситах, можно расположить в следующий ряд гиббсит-бемит-диаспор- корунд. Наиболее легко выщелачиваются гиббситовые бокситы, выщелачивание которых с достаточной полнотой протекает при
температуре порядка 100 °С, тогда как для выщелачивания диаспоровых и бемитовых бокситов требуется более высокая температура, достигаемая только в аппаратах, работающих под давлением - автоклавах.

Кроме минералогическою состава, на процесс выщелачивания влияют структура боксита и наличие в нем примесей. Плотные бокситы выщелачиваются медленнее, чем пористые, так как при

плотной структуре затрудняется проникновение растворителя в толщу обрабатываемого материала. Имеет значение также крупность глиноземсодержащих минералов в боксите: чем мельче кристаллы глиноземсодержащих минералов, тем больше их удельная поверхность контакта (при одинаковой степени измельчения)
с растворителем н тем с большей полнотой п скоростью протекает выщелачивание. В диаспоровых бокситах, перерабатываемых на отечественных заводах, наиболее распространен мелкочешуйчатый диаспор крупностью 2-3 мкм. Наряду с ним часто встречается диаспор, сложенный в виде микрожилок н имеющий меньшую
удельную поверхность. Присутствующий в боксите такой диаспор снижает скорость выщелачивания.

Ниже приведем поведение остальных компонентов боксита и примесей при выщелачивании.

Соединения железа. Безводные оксиды железа-гематит Fe 2 O 3 и магнетит Ре 3 O 4 -химически не взаимодействуют с алюминатнощелочным раствором и при выщелачивании в раствор не переходят. Гидрогематит Fe 2 O 3 .n H 2 O теряет химически связанную воду в диапазоне 100-200 °С и переходит в безводный оксид железа. Гетит 2Fe 2 O 3 .H 2 O и лимонит 2Fe 2 O 3 .3H 2 O при выщелачивании в автоклавах также теряют воду, а при дальнейшем разбавлении
автоклавной пульпы и се сгущении вновь гидратируются, что вызывает набухание красного шлама, ухудшение его отстаивания и отмывки от щелочи.

Минералы кремния. Аморфный кремнезем (опал), а также каолинит легко растворяются в концентрированном щелочном растворе при температуре около 100°С с образованием силиката натрия:

SiO 2 .nH 2 O +2NaOH = Na 2 SiO 3 + (п + 1)H 2 O ;

Al 2 O 3 .2SiO 2 .2H 2 O + 6NaOH == 2NaAlO 2 + Na 2 SiO 3 + 5H 2 O .

Кварц является менее активной формой кремнезема и начинает взаимодействовать со щелочью при температуре не ниже 120°С. С уменьшением размеров частиц кварца скорость его растворения быстро возрастает.

Образующийся при растворении кремнезема силикат натрия взаимодействует с присутствующим в растворе алюминатом натрия с образованием натриевого гидроалюмосиликата:

2 NaAlO 2 +2Na 2 SiO 3 +4H 2 O ==Na 2 O . 2SiO 2 . 2H 2 O +4NaOH.

Натриевый гидроалюмосиликат плохо растворяется в алюминатно-щелочном растворе и выпадает в осадок, следовательно, раствор очищается от кремнезема (обескремнивание). Однако, как следует из формулы гидроалюмосиликата натрия, образование его связано с потерями глинозема и щелочи. Эти потери тем выше,
чем выше содержание в боксите растворимого в щелочном растворе кремнезема. Но этой причине способом Байера целесообразно перерабатывать только низкокремнистые бокситы.

В присутствии извести часть кремнезема боксита связывается в плохо растворимый гидрогранат, не содержащий щелочи:

ЗСа (ОН) 2 + 2NaA1O 2 + mNa 2 SiO 3 + (4 -m) H 2 O == ЗСаО.Al 2 O 3 . mSiO 2 (6 - 2m) H 2 O + 2 (1 + +m) NaOH.

Образование гидрограната приводит к уменьшению потерь щелочи со шламом.

Присутствующий в бокситах шамозит в зависимости от его химического состава, физической структуры и степени окисления ведет себя неодинаково. Например, шамозит, находящийся в боксите Висловского месторождения, при выщелачивании не разлагается даже при высоких температурах. В бокситах ряда других месторождений шамозит при выщелачивании разлагается полностью или частично. Отмечено неодинаковое поведение шамозита
в боксите разных участков одного и того же месторождения. Разложение шамозита сопровождается образованием натриевого гидроалюмосиликата, т. е. потерями глинозема и щелочи.

Следует отметить, что состав гидроалюмосиликата натрия, образующегося при выщелачивании боксита, зависит от условии его получения-температуры, состава и концентрации алюминатнощелочного раствора. Большинство исследователей считает, что при расчетах следует исходить из состава гидроалюмосиликата, отвечающего формуле Na 2 O.Al 2 O 3 .1,7SiO 2 .nH 2 O. Такого рода гидроалюмосиликаты относят по строению к природному минералу содалиту: 7(Na 2 O .Al 2 O 3 . 2SiO 2).2NaA1O 2 .nH 2 O .

Минералы титана. Титан находится в бокситах в основном в виде оксида TiO 2 (рутила, анатаза, брукита). В бокситах обнаружены также сфен CaO.TiO 2 .SiO 2 , ильменит FeO.TiO 2 , перовскит CaO.TiO 2 и другие минералы титана. Оксид титана, взаимодействуя со щелочью, образует малорастворимый метатитанат натрия TiO 2 +NaOH=NaHTiO 3 . С метатитанатом натрия, выпадающим в осадок, теряется щелочь.

В присутствии извести оксид титана связывается в титанат кальция 2СаО.ТiO2.nH 2 O. Разложение соединений титана под действием алюминатно-щелочных растворов при выщелачивании бокситов идет медленно и не до конца.

Соединения серы. Сера находится в бокситах в основном в виде пирита FeS 2 и мельниковита, представляющего собой коллоидную разновидность пирита. При выщелачиванин часть серы переходит в раствор и виде сульфида натрия Na 2 S, который затем частично окисляется до сульфата натрия Na 2 SO 4 , сульфита натрия Na 2 SO 3
и тиосульфата натрия Na 2 S 2 O 3 . Мельниковит растворяется в щелочном растворе более интенсивно, чем пирит.

Если содержание серы в боксите относительно невысокое (до 0,5-0,7%), то она выводится из процесса в основном с красным шламом и гидроксидом алюминия, не оказывая заметного влияния на технологию производства глинозема. При более высоком содержании серы в боксите в технологии возможны значительные осложнения: ухудшение классификации и размола боксита, а также отстаивания красного шлама. Кроме того, наблюдается
загрязнение алюминатного раствора и, следовательно, гидроксида алюминия сернистыми соединениями железа. Установлено также, что в присутствии сульфид-ионов происходит более интенсивное разрушение стальной баковой аппаратуры, особенно декомпозеров.

Все это заставляет при переработке высокосернистых бокситов принимать специальные меры предупреждения отрицательного влияния сернистых соединении, переходящих при выщелачивании в раствор, например через сырую пульпу (перед выщелачиванием) пропускают воздух и окисляют сульфидные соединения. Серу из
раствора можно также перевести в осадок оксидом цинка в виде ZnS.

Карбонаты содержатся в бокситах в виде кальцита СаСО 3 , сидерита FeСО 3 , магнезита MgCO 3 . При выщелачивании боксита карбонаты разлагаются щелочью с образованием соды, которая переходит в раствор (реакция декаустификацни): СаСО 3 +2NaOH⇆Nа 2 СО 3 +Са(OH) 2 . Концентрация соды в растворах,
начиная с пуска цеха, постепенно повышается до некоторого предела, который определяется растворимостью соды в оборотном растворе. По достижении этого предела сода при выпарке маточного раствора начинает выпадать в осадок, что осложняет процесс выпарки. Кроме того, становится необходимым каустифицировать
соду, чтобы превратить ее снова в каустическую щелочь и возвратить в процесс. Следовательно, карбонаты-вредная примесь в бокситах, перерабатываемых способом Байера.

Органические вещества находятся в бокситах в виде гуминов н битумов. Гумины состоят в основном из гуминовых кислот, представляющих собой сложную смесь соединений разного состава, растворимых в водных растворах щелочей. Битумы состоят из углеводородов и их кислородных, азотистых и сернистых производных. Они растворимы в органических растворителях (бензоле, сероуглероде и др.) и практически не растворяются в растворах щелочей.

При взаимодействии гуминовых веществ со щелочами образуются щелочные гуматы, которые затем превращаются в растворимый оксалат натрия Na 2 C 2 O 4 н смолистые вещества. Органические вещества, как и сода, постепенно от цикла к циклу накапливаются в растворах. Присутствие органических веществ в растворах, как
мы увидим далее, отрицательно влияет на ряд переделов глиноземного производства: сгущение красного шлама, декомпозицию алюминатного раствора, выпарку. Очистка растворов от органических примесей в способе Байера достигается специальными методами, которые рассмотрим в дальнейшем.

Галлий. Содержание оксида галлия Gа 2 О 3 в боксите обычно составляет 0,05-0,2 кг на 1 т оксида алюминия. Алюминий и галлий имеют близкие химические свойства. При выщелачпванпи боксита большая часть галлия переходит в алюмипатпын раствор в виде галлата натрия NaGaO 2 , накапливаясь в нем до 0,2-0,3 г/л

(в пересчете на Gа 2 О 3). Алюминатные растворы глиноземного производства являются основным источником получения галлия.

Фосфор. Содержание фосфора н бокситах обычно не превышает 0,5-0,6% (в пересчете на P 2 O 5). При выщелачивании боксита часть фосфора переходит в раствор в виде фосфата натрия Nа 3 РО 4). При снижении температуры алюминатных растворов, загрязненных фосфором, забиваются фосфатом натрия трубопроводы
и трубки теплообменников.

При выщелачивании боксита с добавкой извести большая часть фосфора переходит п шлам в виде (фосфата кальция Са 3 (РО 4) 2 и чрезмерного, загрязнения растворов фосфором не происходит.

В случае необходимости очистка растворов от фосфора может быть достигнута охлаждением части оборотного раствора до 20-30 °С. При охлаждении вместе с содой из раствора выпадает в осадок фосфат натрия.

Ванадий. Содержание ванадия в бокситах обычно не превышает 0,1% (в пересчете на V 2 O 5). При выщелачивании боксита оксид ванадия частично переходит в раствор в виде ванадата натрия Na 3 VO 4 . Концентрация V 2 O 5 в растворе постепенно увеличивается примерно до 0,7 г/л, после чего при декомпозиции ванадат натрия начинает выпадать в осадок вместе с А1(ОН) 3 .

Так как примесь ванадия снижает электропроводность алюминия, то загрязнение гидроксида алюминия ванадатом натрия недопустимо. Промывка гидроксида-алюминия горячей водой обычно обеспечивает достаточно полное удаление ванадата натрия, но при относительно большом содержании V 2 O 5 в боксите приходится принимать специальные меры для вывода ванадата натрия из цикла. Для этого часть оборотного раствора охлаждают до 20-30°С.
При охлаждении из раствора выпадает ванадиевый шлам, представляющий собой смесь соды, фосфата и ванадата натрия. Ванадиевый шлам является источником получения ванадия.

Фтор содержится в некоторых бокситах в небольших количествах. При вышелачивании боксита фтор переходит в раствор и виде фтористого натрия NaF. В присутствии извести значительная часть фтора связывается в нерастворимый фтористый кальций CaF 2 , который остается в красном шламе.

Загрязнение алюминатных растворов небольшим количеством NaF не вызывает каких-либо осложнении в производстве. В случае необходимости фтор может быть выведен из цикла вместе
с фосфором н ванадием, если охладит!) часть оборотного раствора.

Хром обычно содержится в боксите в незначительных количествах (0,02-0,04% в пересчете на Cг 2 О 3), по в отдельных пилах бокситов, например в североонежских, содержание хрома значительно выше. Безводные формы оксида хрома при выщелачивании с щелочным раствором не реагируют и переходят в шлам. Гидроксиды хрома растворяются в щелочах, образуя хромиты Сг(ОН) 3 +NаОН=NаСгO 2 +2H 2 O .

Хромиты могут накапливаться в алюминатных растворах, окрашивая их в зеленоватый цвет.

Расчетные формулы выщелачивании боксита

Отношение количества глинозема, перешедшего за определенный промежуток времени в раствор, к его количеству в исходном боксите, называется степенью извлечения или химическим выходом глинозема при выщелачивании. Прирост же извлечения глинозема за единицу времени характеризует скорость выщелачивания.

Различают теоретически и практически достижимый выход глинозема при выщелачивании. Теоретически можно из боксита [перевести в раствор весь глинозем за вычетом неизбежных химических
потерь, происходящих в результате перехода части глинозема в нерастворимый гидроалюмосиликат натрия Na 2 O.Al 2 O 3 .1,7SiO 2 .nH 2 O. Теоретический выход оксида алюминия при выщелачивании можно рассчитать следующим образом.

В гидроалюмосиликате натрия указанного состава отношение Al 2 O 3 к SiO 2 (по массе) составляет 102:60.1,7==1, т. е. на каждый процент SiO 2 в боксите теряется процент Al 2 O 3 . Следовательно, теоретический выход Al 2 O 3 составляет, %:

Так как отношение (SiO 2) б /(Al 2 O 3) б -это величина обратная кремневому модулю боксита, то η|= (1-1/μ si)100, где 102 и 60 молекулярные массы Al 2 O 3 и SiO 2 ; (Al 2 O 3) б и (SiO 2) б -содержание Al 2 O 3 и SiO 2 в боксите, %; μ si -кремневый модуль боксита.

Понятие “теоретический выход” используют при оценке новых видов боксита, а также для сравнения фактически достигнутых показателей с теоретически возможными. Практически же химический выход при выщелачивании боксита ниже теоретического, так как в остатке после выщелачивания (красном шламе) всегда
содержится некоторое количество невыщелоченного глинозема в виде гидроксидов. При выщелачивании отечественных диаспоробемитовых бокситов практически достигаемый выход глинозема
(химический) на 3-5 % ниже теоретического. Находят химический выход следующим образом.

Можно считать, что Fе 2 O 3 из боксита Fе 2 O 3 полностью переходит в шлам; другими источниками поступления в шихту выщелачивания можно пренебречь. Тогда количество образующегося
при выщелачивании шлама составит:

Р ш ==(Fе 2 O 3) б Q б /(Fе 2 O 3) ш,

где Q б,-количество поступившего на выщелачивание боксита;

(Fе 2 O 3) б и (Fе 2 O 3) ш - содержание Fе 2 O 3 в боксите и шламе соответственно, %.

На каждые 100 кг сухого боксита при выщелачивании со шламом теряется Al 2 O 3 , кг:

Следовательно, химический выход Al 2 O 3 , %

Где(Al 2 O 3) и (Al 2 O 3) ш в боксите и в шламе, %.

В алюмосиликате состава Al 2 O 3 .Al 2 O 3 .l,7SiO 2 отношение Na 2 O к SiO 2 по массе составляет 62:1,7·60==0,6. В действительности, отношение Na 2 O к SiO 2 в шламе после выщелачивания обычно меньше этой величины, так как часть кремнезема переходит в шлам в виде соединений, не содержащих щелочи.

Выщелачивание боксита по способу Байера ведут оборотным щелочным раствором. Для определения необходимого объема оборотного раствора составим уравнение каустического модуля алюминатного раствора, образующегося при выщелачивании. Введем следующие обозначения: V- объем оборотного раствора на 1000 кг сухого боксита, м 3 ; (Al 2 O 3) б -содержание Al 2 O 3 в боксите, доли ед.; (Na 2 O) oб и (Al 2 O 3) об -концентрация Na 2 O к и Al 2 O 3 в оборотном растворе, г/л; η хим -химический выход Al 2 O 3 при выщелачивании боксита, доли ед.; α к.об -каустический модуль оборотного раствора; α к.ал - каустический модуль алюминатного раствора; N 1 - количество щелочи, введенной для компенсации ее потерь, кг; N 2 - потери щелочи вследствие связывания ее в алюмосиликат,кг; N 3 - количество декаустифицированного при выщелачивании оксида натрия, кг.

Тогда уравнение каустического модуля алюминатного раствора будет иметь вид:

α к.ал ==[(N 2 O) oб V+N 1 -N 2 -N 3 ] 102/{62}.

Решая это уравнение относительно V, получаем:

V = / .

Но (Na 2 O) об =0,608 (Al 2 O 3) об α к.об Следовательно:

V = /

Приближенно количество щелочи в обороте (тонн на 1 т

Al 2 O 3) можно определить по формуле N=0,608 α к.ал α к.об / (α к.об - α к.ал)

Тогда объем оборотного раствора, м 3: V=N100/(Na 2 O) об.

Влияние различных факторов на выщелачивание бокситов

Выщелачнвание боксита по способу Байера представляет собой процесс насыщения щелочного раствора оксидом алюминия.
Концентрация Al 2 O 3 в растворе в процессе выщелачивания постепенно возрастает, а каустический модуль раствора понижается.
На рис.11 показано, как изменяется извлечение глинозема (кривая 1) и каустический модуль раствора (кривая 2) при выщелачиванни во времени. Степень извлечения за 3ч. вьпцелачиваиня достигает примерно 90 % н в дальнейшем практически не изменяется; скорость же выщелачивания быстро снижается. Так, в течение первого часа она составляет в среднем 60%, второго 25% н третьего-только 5 %.

Выщелачивание боксита щелочным раствором происходит на поверхности раздела фаз, т. е. является гетерогенным процессом

Рис. 11, Кривые выщелачивания
боксита:

1 - извлечение Al 2 O 3 ;

2 - α к и состоит из следующих стадий:

1) взаимодействие между щелочью и минералами боксита (химическая стадия);

2) проникновение растворителя из пограничного слоя к поверхности частиц и отвод продуктов реакции в пограничный слой (внутридиффузионная стадия); 3) диффузия продуктов реакции из пограничного слоя н приток к этому слою свободной щелочи (внешнедиффузионная стадия). По мнению ряда исследователей, более медленной стадией является диффузия; она и определяет продолжительность процесса выщелачивания.

На выщелачивание бокситов (на степень извлечения глинозема, продолжительность) влияет ряд факторов: тонина помола боксита, температура, концентрация н каустический модуль растворов-оборотного н алюминатного, добавка извести.

Тонина помола боксита. С повышением степени измельчения увеличивается поверхность соприкосновения частиц боксита со щелочью, что ведет к увеличению скорости выщелачивания. При недостаточной тонине помола может значительно снизиться извлечение глинозема при выщелачивании. Переизмельчение боксита также нежелательно как из-за увеличения затрат па его размол, так и из-за ухудшения отстаивания красного шлама при выщелачивапп.

Необходимая тонина помола боксита при прочих равных условиях зависит от природы боксита. Для плотных каменистых бокситов требуется более тонкое измельчение, чем для рыхлых и глинистых. Поры и трещины в рыхлых и глинистых бокситах облегчают выщелачивание. Кроме того, эти бокситы в большей степени, чем каменистые, диспергируют (измельчаются) в процессе выщелачивания. Присутствие в боксите не растворимых в щелочи
примесей, например органических веществ, покрывающих тонкой пленкой глиноземсодержащие минералы, также требует более тонкого измельчения боксита. В каждом отдельном случае необходимую тонину помола находят опытным путем.

Температура выщелачивания - наиболее важный фактор, влияющий на процесс выщелачивания: с повышением температуры увеличивается скорость химического взаимодействия щелочи с минералами боксита, а также диффузия щелочи и продуктов реакции. Поэтому чем выше температура выщелачивания, тем меньше
при прочих равных условиях продолжительность выщелачивания и выше извлечение глинозема из боксита.

Применяемая на практике температура выщелачивания в основном определяется минералогическим составом боксита. Гиббситовые бокситы могут выщелачиваться при температуре порядка
105°С; для выщелачивания бемитовых бокситов необходима температура не ниже 160-170 °С, а выщелачивание диаспоровых бокситов возможно лишь при температуре выше 200 °С. На практике для повышения скорости процесса применяют более высокие температуры выщелачивания -до 240 °С и даже выше.

Концентрация и каустический модуль оборотного раствора. Согласно изотермам системы Al 2 O 3 -Na 2 O-H 2 O, как повышение концентрации щелочи в оборотном растворе, так и повышение каустического модуля делают раствор менее насыщенным глиноземом.

Поэтому чем выше концентрация щелочи в оборотных растворах и выше их каустический модуль, тем быстрее протекает процесс выщелачивания. Для выщелачивания гиббситовых бокситов применяют оборотные растворы, содержащие Na 2 O к 200-240 г/л. Диаспоровые и бемитовые бокситы выщелачивают оборотными растворами, содержащими Na 2 O к до 310 г/л. Следует иметь в виду, что увеличение концентраций Na 2 O к в оборотном растворе связано с увеличением затрат на переделе выпарки. Кроме того, чем выше эта концентрация, тем интенсивнее идет износ баковой аппаратуры и оборудования при размоле боксита, выщелачивании и выпарке.
Каустический модуль оборотного раствора обычно составляет 3,0-3,8.

Каустический модуль алюминатного раствора. При выщелачивании оборотный раствор в результате насыщения глиноземом превращается в алюминатный, каустический модуль которого оказывает большое влияние как на процесс выщелачивания, так и на последующие технологические операции. В соответствии с изотермами системы

Al 2 O 3 -Na 2 O-H 2 O, при снижении каустического модуля раствор становится более насыщенным глиноземом, т. е.
приближается к равновесному состоянию. Поэтому чем ниже каустический модуль получаемого алюминатного раствора, тем меньше скорость выщелачивания боксита. С другой стороны, получение алюминатного раствора с низким каустическим модулем очень важно для снижения материального потока растворов во всем
цикле Байера. С этой точки зрения желательно получать алюминатные растворы, насыщенные глиноземом, т.е. с низким каустическим модулем.

На рис.12 видно, что снижение каустического модуля алюминатного раствора с 1,7 до 1,5 ведет к уменьшению удельного потока растворов на 20 %.

Однако с уменьшением каустического модуля растворов снижается их стойкость; растворы с малым модулем начинают разлагаться уже в процессе их разбавления и отделения от красного шлама, что приводит к потерям глинозема. Алюминатные растворы обычно получают с каустическим модулем 1,5-1,75; такие растворы

Рис. 12. Изменение удельного потока р

Глинозём А1 2 О 3 является основным исходным материалом в производстве алюминия. Рудной базой для производства глинозёма служат преимущественно бокситы, а также нефелины, алуниты и некоторые другие глинозёмсодержащие руды.

Первая модификация - α-глинозём представляет собой без­водную форму оксида алюминия с плотностью 4,0 г/см 3 эта форма глинозёма практически негигроскопична. Поверхность зёрен имеет повышенную шероховатость. Это придаёт глинозёму меньшую сы­пучесть и он с трудом просыпается через отверстия; α-глинозём об­ладает повышенной абразивностью.

Плотность γ-глинозёма равна 3,77 г/см 3 . Эта модификация глинозёма гигроскопична, структура зёрен рыхлая. Зёрна γ-глинозёма имеют развитую поверхность и химически весьма активны. Сцепле­ние зёрен γ-глинозёма невелико и такой глинозём отличается повышен­ной текучестью. По мере повышения температуры и продолжитель­ности кальцинации зёрна γ-глинозёма уплотняются, промежутки между кристаллитами сокращаются и γ-глинозёма переходит в модифи­кацию α- глинозёма.

Как выбрать необходимый для производства глинозём и правильно оценить его качество? Можно назвать несколько опреде­ляющих требований к качеству глинозёма:

Повышенная скорость растворения в электролите и доста­точная адсорбционная (поглащающяя) активность поверхности от­носительно летучих фтористых соединений;

Хорошая текучесть при возможно меньшем пылении;

Удовлетворительные теплофизические свойства.

В промышленных условиях следует стремиться к макси­мальному совмещению этих свойств в используемом глинозёме. В табл. 2.1 приводится общеизвестная классификация глинозёма по видам.

Таблица 2.1 Классификация глинозёма по физическим свойствам

Согласно этой классификации глинозёмы подразделяются на следующие типы:

Мучнистый (пылевидный);

С пониженной степенью кальцинации (слабопрокалённый);

Песчаный (крупнозернистый).

Второй тип глинозёма производится для некоторых отечест­венных предприятий с учетом использования его в установках «су­хой» очистки газа.

Скорость растворения являются наиболее значимым показателем качества глинозёма. Промышленный опыт пока­зывает, что узкий диапазон частиц глинозёма +45-100 мкм со сдвигом крупности ближе к 100 мкм и содержание α-А1 2 О 3 не более 10% (остальное γ-А1 2 О 3) обеспечивают хорошую смачи­ваемость и удовлетворительную скорость растворения глино­зёма в электролите.

Это достигается за счёт большого содержания в глинозёме частиц γ-А1 2 О 3 имеющих развитую ультрапористую структуру, дос­таточно большую удельную поверхность (более 60-80 м 2 /г), опреде­лённую методом гелиевой адсорбции или сокращенно «по БЭТ», и высокую степень насыщения структуры не скомпенсированными химическими связями. Особенно велико их химическое сродство к фтору, что и придаёт им свойства повышенной растворимости в электролите. Химическое сродство глинозёма к фтору проявляется также в эффективном улавливании фтористых соединений в сухой газоочистке.

Не менее важным свойством глинозёма является его способ­ность образовывать устойчивую корку на поверхности электролита. Мягкая, но достаточно плотная корка с хорошим сцеплением частиц образуется при использовании глинозёма с теми же характеристика­ми по содержанию α-А1 2 О 3 и класса менее 45 мм, которые указаны выше для песчаного глинозёма.

Такая корка хорошо пропитывается электролитом и содер­жит больше глинозёма, легче поддаётся разрушению при обработке электролизёров и при ударе пробойника АПГ, чем корки, образую­щиеся при использовании мучнистого глинозёма. Следует также от­метить, что устойчивая корка образуется при условии, когда глино­зём хорошо смачивается электролитом. Мучнистый глинозём, в от­личие от песчаного, смачивается значительно хуже, и корка состоит преимущественно из застывшего электролита, поверх которого на­ходится глинозём. Прочность такой корки очень высока.

Теплопроводность и объёмная плотность глинозёма играют большую роль в тепловом балансе электролизёра, в том числе в ре­гулировании тепловых потерь через глинозёмную засыпку или ук­рытие анодного массива у электролизёров ОА, в поддержании ста­бильного уровня электролита и защите боковых поверхностей анода от окисления.

Текучесть глинозёма определяется в основном грануломет­рическим составом материала, а также содержанием в нём α-А1 2 О 3 . Материалом с хорошей текучестью можно считать глинозём с по­ниженной степенью прокалки. Он имеют крупность зерна более 45 мкм, высокую степень однородности гранулометрического соста­ва и угол естественного откоса 30-40°. Однако в наибольшей степе­ни требованию высокой текучести удовлетворяет песчаный глино­зём, содержащий фракцию < 45 мкм не более 10% и α-А1 2 О 3 в пре­делах 5%, с углом естественного откоса менее 35°.

Глинозёмы со слабой текучестью и углом естественного от­коса >40-45° комкуются при контакте с электролитом. Образовав­шиеся комки обволакиваются электролитом и, имея больший удель­ный вес, оседают через границу металл-электролит, образуя осадок.

Кроме того, на электролизёрах ВТ глинозёмы с плохой текучестью при перемещении анода зависают, образуя пустоты, по которым воздух проникает до боковых граней анода и окисляет их. Однако если текучесть глинозёма будет слишком велика, то надежное укры­тие анодов будет затруднено, что особенно важно для электролизё­ров с обожженными анодами.

Потери глинозема за счет уноса с анодными газами в виде пыли зависят, главным образом, от его гранулометрического состава (от содержания фракции менее 10-20 мкм), от технологии обработки электролизёров, настройки АПГ и частоты анодных эффектов. Сум­марные потери мучнистого глинозёма составляют 17-25 кг/т алюми­ния, что на ~ 10-15 кг/т выше по сравнению с результатами для пес­чаного глинозёма.

В глинозёме, используемом для производства алюминия, должно содержаться минимальное количество соединений железа, кремния, тяжелых металлов с меньшим потенциалом выделения на катоде, чем алюминий, т.к. они легко восстанавливаются и перехо­дят в катодный алюминий. Нежелательно также присутствие в гли­нозёме избытка оксидов щелочных металлов, поскольку они всту­пают во взаимодействие с фтористым алюминием электролита по реакции, разлагают его и тем самым нарушают установленное криолитовое отношение. Для восстановления к.о. требуется корректировка элек­тролита фтористым алюминием, что удорожает стоимость первич­ного алюминия. В случае содержания Na 2 О в глинозёме 0,3 % и бо­лее при работе на кислых электролитах начинается наработка из­лишнего количество электролита, который необходимо периодиче­ски сливать из ванны.

Для расчёта количества A1F 3 {Сфа, кг), требуемого для кор­ректировки электролита, можно пользоваться формулой И.П. Гупало

Сфа = 2т (K1 - К2) / С (2 + K1)K2

где: K1 и К2 - к.о. электролита соответственно до и после корректировки; т - масса корректируемого электролита, кг; С - со­держание A1F 3 в промышленной соли фтористого алюминия, доли ед.

Эта формула с соответствующими коэффициентами на со­став сырья, срок службы электролизёра, температуру электролита и др. служит основой существующих методик расчета корректирую­щей дозы фтористого алюминия.

Пример. Примем в формуле И.П. Гупало m = 10 000кг, С = 0,9, ис­ходное к.о. 2,4, целевое к.о. 2,35. Для корректировки потребуется 106 кг фтористого алюминия.

На основании изложенного материала можно считать, что

весьма приемлемыми свойствами обладает глинозём следующей спецификации:

Гранулометрический состав по фракциям, %

100 + 45 мкм, не менее 85

45 мкм, не более 10

Угол естественного откоса, град, не более 35

Удельная поверхность по БЭТ, м 2 /г, не менее 60

Потери при прокаливании, %, не более 0,8

По химическому составу глинозём должен соответствовать требованиям, приведенным в ГОСТ 30558-98 «Глинозём металлур­гический» (табл. 2.2).

Таблица 2.2 Требования к глинозёму

Примечания: 1. Тяжелые примеси - сумма оксидов Ti0+V 2 0 5 +Cr 2 0 5 +Mn0.

2. П.п.п. - потери при прокаливании, имеющие физический смысл контроля остаточных летучих веществ после кальцинации.

КОНСТРУКЦИЯ АЛЮМИНИЕВЫХ ЭЛЕКТРО­ЛИЗЕРОВ, ИХ МОНТАЖ И ДЕМОНТАЖ

Общая характеристика и классификация электролизе­ров

На предприятиях алюминиевой промышленности эксплуати­руются электролизеры весьма разнообразных конструкций и мощ­ности. Условно их разделяют на три большие группы:

Электролизеры малой мощности иа силу тока до 100 кА. Этот тип ванн оснащен одним самообжигающимся анодом с боко­вым подводом тока (БТ) и одноэтажным (напольным) размещением в корпусе (рис. 3.1). Это наиболее старые с конструктивной точки зрения электролизеры и доля их в мировом производстве алюминия невелика (по РФ около 15%).

Электролизеры средней мощности на силу тока 100-165 кА, оснащенные также одним самообжигающимся анодом с верхним подводом тока (ВТ) и преимущественно с размещением на отметке + 4,0 м. Этот тип ванн (рис. 3.2) осваивался в нашей стране в 60-70-е годы и на его долю в РФ приходится большая часть произ­водственных мощностей (около 70%).

Рис.3.2.Электролизер с самообжигающимся анодом и верхним подводом тока: а - схематическое изображение; б - поперечный разрез электролизера 1-огнеупорный кирпич катодного устройства; 2-подовые блоки; 3-жидкий алюминий; 4-боковые плиты; 5-катодный кожух; 6-электролит 7-корка электролита; 5-глинозем; 9-газосборный колокол; 10-угольный анод; 11-конус спекания; 12-жидкая фаза анода; 13-анодный кожух; 14- анодные штыри; 15-анодные шины; 16-рама; 17-механизм перемещения анода; 18-катодные стержни; 19-катодная ошиновка

Электролизеры средней и большой мощности на силу то­ка от 160 до 400 кА и более, оснащенные предварительно обожжен­ными анодами (ОА) (рис. 3.3). Количество анодов на электролизере зависит от его мощности. Размещение ванн преимущественно на отметке + 4,0 м. Это наиболее современный тип электролизеров, хо­тя именно с такого типа ванн небольших размеров начиналась исто­рия развития алюминиевой промышленности.

Рис. 3.3. Алюминиевый электролизер с предварительно обожженнымианодами: а-схематическое изображение; б-поперечный разрез электролизера; в- корпус электролиза с поперечным расположением электролизёров на силу тока 180 кА (VAW, Германия)

В чем преимущества или недостатки того или иного типа электролизеров? Первые два из них, оснащенные самообжигающимися анодами, отличаются простотой конструкции и возможностью использовать для формования анода относительно дешевый матери­ал - анодную массу. Использование для обжига тепла выделяющегося в электролизере. Отсутствуют какие-либо отходы от использо­вания анодов в электролизном производстве. Не требуется больших инвестиций в производство анодной массы. Затраты на производст­во единицы продукции на электролизерах этого типа существенно ниже.

Недостаток электролизеров с самообжигающимися анодами состоит в том, что на них ограничены возможности повышения еди­ничной мощности ванн, а также весьма затруднено использование средств механизации и автоматизации, в том числе систем автомати­зированного питания глиноземом (АПГ). В электролитический алю­миний поступает значительное количество железа из-за коррозии стальных штырей и газосборных секций, что ограничивает возмож­ность получать алюминий высших сортов (особенно на электроли­зёрах ВТ). При обжиге анодов в атмосферу попадает значительное количество вредных для здоровья углеводородов - смол и газов. Кроме того система газо и пыле улавливания работает не эффективно из за мене удачной конструкции анодного узла.

Что касается третьего типа электролизеров (ОА), то они ли­шены этих недостатков. На этом типе электролизера возможно по­вышение мощности путём увеличения числа анодов и расширения геометрических размеров ванн. Электролизёр ОА более приспособ­лен для механизации и автоматизации технологических операций, а сбор и очистка анодных газов производятся с большей эффективно­стью, в газах нет смолистых веществ и углеводородов. На этом типе ванн больше возможностей получить алюминий высших сортов, в том числе марки А8.

В настоя­щее время все вновь строящиеся алюминиевые заводы оснащаются электролизёрами ОА на силу тока 275-350 кА. На электролизёрах этого типа при анодной плотности тока 0,85-0,88 А/см 2 достигнут выход по току ~ 95%, удельный расход электроэнергии -13,3 кВт*ч/т А1, расход анодов 515/415 кг (брутто/нетто).

Фирма Alcan (Канада) планирует строительство опытного завода в Jonquiere с электролизёрами АР50 мощностью 500 кА. В настоящее время нет технических ограничений для создания ещё более мощного электролизёра. Например, моделирование МГД, тер­моэлектрических и механических параметров показывает, что элек­тролизёры ОА могут работать при силе тока 740 кА и выше (A.Tabertaux).

В то же время себестоимость алюминия на электролизерах этого типа за счет больших инвестиционных затрат и высокой стои­мости обожженных анодов на 10-15% выше. Другой проблемой можно считать образование анодных огарков, которые составляют 16-20% от массы анодов и требуют специальной обработки и утилизации в анодном производстве.

Постоянная модернизация и совершенствование конструк­ции позволяет успешно эксплуатировать все три типа электролизе­ров с использованием преимуществ каждого из них.

Как видно на рис. 3.1-3.3, на которых показаны основные типы электролизеров, принципиально алюминиевый электролизер любой конструкции состоит из катодного и анодного устройств, ошиновки (анодной и катодной) и вспомогательных конструкций, удерживающих или перемещающих отдельные узлы, а также уст­ройств для сбора и отвода анодных газов (колокол, горелки, укры­тия, балка-коллектор). Рассмотрим более детально конструктивные особенности основных типов электролизеров.

Министерство образования и науки Республики Казахстан

Павлодарский химико-механический колледж

Контрольная работа

На тему: Производство глинозема

По предмету: Введение в специальность: «Производство алюминия»

Павлодар 2011 год

1. Краткая характеристика производства (назначение процесса, актуальность технологии, применение продукта)

2. Характеристика сырья и готового продукта

3. Химизм процесса (теоретические основы процесса)

4. Технологическая схема производства (копия технологической схемы)

5. Описание основного аппарата (копия)

6. Техника безопасности

7. Список используемой литературы

1. Краткая характеристика производства (назначение процесса, актуальность технологии, применение продукта)

Спеченный глинозем – это современный материал высокого качества, нашедший применение в изготовлении особо термостойких изделий.

Наряду с ним в промышленности применяются глинозем табулярный и реактивный, которые отличаются технологией изготовления и рядом характеристик.

Глинозем спеченный, он же кальцинированный – это оксид алюминия, повергшийся дополнительной температурной обработке – кальцинаций.

При кальцинации глинозем нагревают до высоких температур, но, не позволяя кристаллам оксида алюминия отправиться.

За счет подобной дополнительной температурной обработки глинозем получает ряд ценных и полезных свойств.

От плавленого глинозема этот вид материала отличается тем, что имеет в своей структуре микропоры, и поэтому намного лучше формируется и связывается. Спеченный вид искусственного глинозема обладает следующими отличительными свойствами:

ü Электроизоляция

ü Повышенная огнеупорность

ü Улучшенная механическая прочность

ü Повышенная стойкость к износу и истиранию

ü Способность придания точных размеров и форм готовым изделиям.

Кальцинированный глинозем может выпускаться в различных фракциях, в зависимости от степени измельчения и размеров кристаллов. Различные сорта этого материала выполняют различные функции в составе огнеупорных материалов и придают им дополнительные свойства.

Наиболее важные из них:

ü Увеличение ресурса и общего срока службы изделий за счет увеличения содержания оксида алюминия

ü Высокая плотность частиц за счет их небольшого размера и как результат повышение механической прочности и устойчивости к истиранию и износу

ü Высокая огнеупорность и стойкость к термическим ударам за счет взаимодействия материала со связующими элементами как глиноземистый цемент или глина.

Может изготавливаться и применяться как в свободном, неформованном виде, так и в виде связанных, монолитных изделий.

Кальцинированный глинозем используется при производстве следующих изделий:

ü Свечи зажигания

ü Фарфоровые изделия

ü Керамические фильтры

ü Износостойкая керамика

ü Высоковольтные изоляторы

ü Санитарно-технические изделия

ü Керамические изделия для электроники

ü Изделия технической и инженерной керамики

ü Керамическая плитка и т.д.

Кальцинированный глинозем нашел применение в следующих отраслях: производство корунда, огнеупорная, стекольная, химическая промышленность, производство бытовой, электротехнической, технической и износостойкой керамики.

2. Характеристика сырья и готового продукта

Боксит (фр. bauxite ) (по названию местности Baux на юге Франции) - алюминиевая руда, состоящая из гидроксидов алюминия , оксидов железа и кремния , сырьё для получения глинозёма и глинозёмосодержащих огнеупоров. Содержание глинозёма в промышленных бокситах колеблется от 40 % до 60 % и выше. Используется также в качестве флюса в чёрной металлургии.

Обычно бокситы представляют собой землистую глиноподобную массу, которая может иметь полосчатую, пизолитовую (гороховидную) либо однородную текстуру. В обычных условиях выветривания полевые шпаты (минералы, составляющие большую часть земной коры и являющиеся алюмосиликатами) разлагаются с образованием глин, но в условиях жаркого климата и высокой влажности конечным продуктом их разложения могут оказаться бокситы, т. к. подобная обстановка благоприятствует выносу щёлочей и кремнезёма , особенно из сиенитов или габбро. Бокситы перерабатывают в алюминий поэтапно: сначала получают оксид алюминия (глинозём), а затем металлический алюминий (электролитическим способом в присутствии криолита).

Свойства глинозема

Алюминий образуется с кислородом три окиси: . В субокиси он одновалентен, в - трехвалентен, а в AlO проявляет смешанную валентность. Субсоединения и могут быть получены при высоких температурах восстановлением или термическим разложением но практического значения эти процессы пока не имеют.

Сырьем для производства алюминия служит глинозем - порошкообразная окись алюминия, состоящая из двух разновидностей (модификаций) окисла: (альфа-глинозем) и (гамма-глинозем). Альфа-окись алюминия - наиболее устойчивая форма, встречается в природе в виде минерала корунда. Он имеет прочную структуру, большую твердость и химическую стойкость: температура плавления корунда (2054±6)°С. Гамма-глинозем получается при обезвоживании гидроокиси алюминия, хорошо взаимодействует с растворами щелочей и кислот, обладает высокой гигроскопичностью. Даже нагретый до 1000°С гамма глинозем удерживает около 1% воды, и лишь продолжительная выдержка при 1200°С полностью его обезвоживает. Гамма-глинозем при этом превращается в корунд.

3. Химизм процесса (теоретические основы процесса)

Производство алюминия начинается с производства глинозёма. Глинозём – Al2O3 белое кристаллическое вещество. Известен в виде двух модификаций альфа (корунд) и гамма глинозёма. Корунд встречается в горных породах в виде бесцветных кристаллов. Однако чаще всего природный корунд загрязнён магнетитом, гематитом, кварцем и др. Кристаллы альфа Al2O3 окрашены в красный цвет (рубин), в синий (сапфир), являющихся драгоценными минералами. Глинозём гамма модификации в природе не встречается и образуется при обезвоживании гидроокисей в температурном интервале 500 – 900 градусов Цельсия. При нагревании от 900 – 1200 он превращается в альфа Al2O3.

Способы получения глинозёма, заключающиеся в обработки руды щелочами, связывающими глинозём в растворимый алюминат натрия, наиболее просты и экономичны. Для перевода глинозёма в алюминат натрия руду непосредственно обрабатывают щёлочью (способ Байера), либо спекают с солями щелочных и щелочноземельных металлов, получая твёрдые алюминаты, которые затем выщелачивают водными растворами.
Способ спекания применяется для переработки высококремнистого боксита.
Приготовленная шихта из тонко измельчённого боксита, известняка, соды, оборотных продуктов нагревается и спекается при температуре 1100-1300 0С в трубчатых вращающихся печах. Полученный спёк в виде кусков различного размера и определённого минералогического состава обрабатывается оборотными щелочными растворами слабых концентраций или водой для перевода глинозёма и щелочей в алюминатный раствор. После очистки раствора от твёрдых примесей и кремнезёма его разлагают методом карбонизации или декомпозиции для получения в осадке гидроокиси алюминия. Гидроокись алюминия после промывки и фильтрации направляется на кальцинацию при высокой температуре в трубчатых вращающихся печах. После охлаждения глинозём отправляется потребителю.

Сухой щелочной способ (спекание; позволяет получать чистый глинозем из руд (низкосортных бокситов, нефелинов и др.) с высоким (выше 6%) содержанием кремнезема. Алюмосодержащая порода измельчается с известняком и содой и спекается в печах при температуре 1200-1300°, в результате чего окись алюминия превращается в растворимый в воде щелочной алюминат Na20»Al203, а кремнезем связывается в нерастворимый двухкальциевый силикат. После выщелачивания, сгущения, промывки и отделения шлама чистый алюминий разлагается методом карбонизации. В дальнейшем процесс идет так же, как и при способе Байера . Для нефелиновых руд наиболее рационален сухой щелочной способ, к-рый позволяет осуществить комплексную переработку нефелиновой породы с получением дополнительных продуктов- соды, поташа и цемента. Алунитовые руды перерабатываются также по сухому щелочному способу с получением в виде побочных продуктов серной кислоты и поваренной соли.

На одну тонну глинозема на нефелиновом сырье расходуется 5-6 т нефелиновой руды, 7-8 т известняка, 1,5-2,0 т угля для печей спекания и 5-6 т пара высокого и низкого давления. Структура основных фондов глинозёмного завода (действующий завод средней мощности, работающий на бокситах, способ Байера) в %: здания и сооружения - 70, оборудование с монтажом - 26, прочие - 4; выпуск глинозема на 1 млн. руб. капиталовложений (т/100 руб. в год - 1,1-1,2).

Способ Байера, в настоящее время доминирующий в производстве глинозема, пригоден только для переработки малокремнистых бокситов (с модулем выше 7). По способу же спекания можно перерабатывать на глинозем не только всякие бокситы, но и нефелины, глины, каолины и другие алюмосиликатные породы, запасы которых практически неисчерпаемы. Впервые этот способ был применен в 1858 г. Луи Ле-Шателье, он стал получать глинозем из бокситов, спекая их с содой и разлагая затем алюминатные растворы углекислым газом. Однако в таком виде способ не пригоден для переработки кремнистых бокситов из-за больших потерь Al 2 O 3 и Na 2 O, а для высокосортных бокситов выгоднее способ Байера.

Мюллер (1880 г.) предложил при спекании алюмосиликатов добавлять, кроме соды, магнезит или доломет для связывания кремнезема в силикаты щелочноземельных металлов, не растворимые в воде.

В 1897 г. Пеняков предложил способ алюминатных руд с Na 2 SO 4 в присутствии восстановителя, а в 1916 г. способ спекания богатых кремнеземом руд только с известняком.

Всестороннее развитие и усовершенствования способа спекания применительно к высококремнистым бокситам, нефелинам и другим алюмосиликатным породам всецело связане с именами советских ученых. Под руководством А.А.Яковкина и И.С.Лилива при участии В.Н.Мазеля, Ф.Н.Строкова и др. был разработан способ спекания сухой боксито-известняково-содовой шихты. Этот способ был применен на Волховском алюминиевом заводе для переработки бокситов Тихвинского месторождения. Позднее по предложению В.А.Мазеля на Тихвинском глиноземном заводе был осуществлен вариант спекания мокрой шихты.

Переработка нефелинового сырья способом спекания освоена на трех заводах: на Волжском алюминиевом, Пикалевском глиноземном и Ачинском глиноземом комбинате.

В состав бокситовой шихты для способа спекания входят: боксит, известняк, оборотный содовый раствор, свежая сода для компенсации потерь щелочи в процессе и оборотные продукции (шламы обескремнивания, шлам каустификации).

При спекании такой шихты образуется хорошо растворимый в воде алюминат натрия малорастворимый двухкальциевый силикат и нестойкий к гидролизу феррит натрия по следующим реакциям:

В соответствии с этими реакциями в шихте должна быть выдержаны следующие молекулярные отношения:

Для низкокремнистых бокситов может быть применено спекание боксита с содой без добавки известняка. Этот метод называется термическая каустификация, он позволяет каустифицировать соду, образующуюся в процессе Байера, а также заменить дорогостоящую К. щелочь содой.

Полученные спеки как бокситовые, так и нефелиновые выщелачивают оборотными растворами или промывными водами. При этом Al 2 O 3 переходит в раствор в виде алюминатов щелочных металлов; феррит натрия гидролизуется с образованием нерастворимой гидроокиси железа и едкой щелочи, способствующей повышению стойкости алюминатных растворов. Образовавшийся двух кальцевый силикат при взаимодействии с алюминатным раствором частично разлагается, и кремнезем при этом переходит в раствор. Но большая часть двухкальциевого силиката остается в шламе. Шлам отделяют от алюминатного раствора, а алюминатный раствор подвергают обескремниванию и разложению для выделения гидроокиси алюминия. Маточный раствор, получаемый после выделения гидроокиси алюминия, при производстве глинозема из боксита упаривают до определенной концентрации солей и используют для приготовления исходной шихты. Шлам, получающийся при выщелачивании бокситовых спеков, в настоящее время не используют и выбрасывают на шламовое поле.

Подготовка шихты для спекания

Аппаратура и технология этого передела определяются следующими требованиями процесса спекания: компоненты шихты должны быть тонко измельчены, точно сдозированы и хорошо смешаны; шихта должна содержать минимальное количество влаги, необходимое для обеспечения ее текучести (увеличение влаги в шихте приводит к увеличению расхода топлива на ее испарение и уменьшению производительности печей спекания); в шихте должны быть строго выдержаны заданные молекулярные соотношения компонентов.

Приготовление шихты сводится к выполнению следующих операций: а) дробление боксита известняка; б) мокрого размола компоненты шихты; в) корректировки шихты.

Как правило, эти руды поступают на завод в виде крупных кусков. В зависимости от крупности, твердости и влажности дробление руд проводится в несколько стадий в щековых, капусных, и малотоковых дробилках. Крупность дробления должна быть достаточной для последующей операции – размола. Взмол ведут в трубчатых мельницах при производстве глиноземе из бокситов, боксит и известняк размалывают вместе в содовом растворе после выпарки. Для компенсации потерь щелочей в шихту подают свежую соду. При переработке бокситов и нефелинов в шихту вводят белый шлам от обескремнивания алюмосиликатных растворов.

Компоненты дозируют таким образом, чтобы после окончания размола получить шихту требуемого состава.

Шихту после размола закачивают в емкости с воздушным перемешиванием, называемые коррекционными бассейнами, в которых осуществляют окончательную корректировку шихты. Из коррекционных бассейнов пульпа через питающие бассейны откачивается на печи спекания.

Спекание бокситовых шихт

Назначение этого передела заключается в возможно более полном связывании окиси алюминия и окислов щелочных металлов шихты в щелочные алюминаты, а соединение кремния – в двукальцевый силикат. Кроме этих соединений, при спекании образуются феррит натрия и другие продукты. Образование всех этих соединений возможно при высокотемпературном обжиге шихты температуры спекания определяются минералогическими и химическими составами материалов, входящих в шихту, и составляют для бокситовых шихт около 1150-1250°С.

В процессе спекания последовательно происходит обезвоживание мокрой шихты, нагрев материала, диссоциации известняка, образование спека, охлаждение спека.

Для спека бокситовой шихты применяются барабанные вращающиеся печи диаметром 3-5 м и длиной 50-100.

В качестве топлива для печей спекания используются уголь, мазут, газ. Охлаждение спека от 1000-1100 до 100°С осуществляется во вращающихся барабанных или колосиликовых холодильниках.

После дробления спек направляют на выщелачивание, а отходящие из печей спекания газы очищают от пыли в системе последовательно расположенных пылевых камер, циклонов и электрофильтров. Уловленную пыль возвращают в печи, а часть газов после дополнительной очистки подают на карбонизацию (если существует такой передел).

Изучение физико-химических превращений при спекании различных шихт затруднено наличием большого числа реагирующих окислов, свободных или связанных. Их бывает не менее пяти, а обычно больше.

Взаимодействие между Na 2 CO 3 и Al 2 O 3 при нагревании

Реакция между этими окислами – одна из наиболее важных в бокситовой шихте, так как в результате этой реакции получается растворимый алюминат натрия.

Реакция между окисью алюминия боксита с содой завершается с образованием метаалюмината натрия – Na 2 CO 3 ∙Al 2 O 3 (NaAlO 2).

Взаимодействие между содой и окисью алюминия протекает по реакции:

Взаимодействие между Na 2 CO 3 и Fe 2 O 3

Образование феррита натрия в производстве глинозема способом спекания играет немаловажную роль. При выщелачивании спека феррит натрия разлагается в результате гидролиза с освобождением едкой щелочи, необходимой для повышения стойкости алюминатных растворов. Феррит натрия образуется, как и алюминат натрия по реакции:

Взаимодействие между CaCO 3 и Al 2 O 3

При высыхании температурах взаимодействия образуются алюминаты кальция, которые важны не только в производстве глинозема, но и целлита, огнеупоров, керамики. Поэтому система CaO – Al 2 O 3 изучалась многократно и тщательно. Согласно последним данным, при спекании различных шихт, не содержащих щелочь, в спеках образуются CaO∙Al 2 O 3 ; 12 CaO∙7Al 2 O 3 ; 5CaO∙3Al 2 O 3 , представленное твердым раствором алюминатов кальция с SiO 2 ; и MgO др. компонентов.

Взаимодействие между CaCO 3 и SiO 2

В системе CaO – SiO 2 известны следующие соединения: 1) метасиликат кальция (CaO∙SiO 2) с температурой плавления 1540°С. Устойчив до 1150°С ниже образуется β CaO∙SiO 2

2) трехкальциевый силикат 3CaO∙2SiO 2 , с температурой плавления 1475°С;

3) ортосиликат (двухкальциевый силикат) кальция 2CaO∙SiO 2 , плавится при 2130°С;

4) трехкальциевый силикат 3CaO∙SiO 2 получается при длительном обжиге смеси CaO и SiO 2 при температуре от 1400 до 1500°С.

В производстве глинозема по способу спекания наибольшее значение имеет ортосиликат кальция, так как он возникает первым при нагревании смеси CaO с SiO 2 любой пропорции. Установлено, что независимо от соотношения CaO и SiO 2 в исходной смеси (от 1:1 до 3:1) в начале спекания образуется всегда двухкальциевый силикат.

Взаимодействие CaCO 3 с TiO 2 и Fe 2 O 3

TiO 2 и CaO образуют метатитанат кальция (CaO∙TiO 2) или первекит. Такое же соединение образуется и в присутствии щелочных карбонатов. Следовательно, при производстве глинозема по способу спекания следует добавлять столько известняка, чтобы он связал не только кремнезем, но и TiO 2 .

В этом случае метатитанат натрия образовываться не будет, что снизит потери щелочи. При спекании ненасыщенной содой шихты окись железа образует с CaCO 3 ферриты кальция. В системе CaO–Fe 2 O 3 давно известны два феррита: CaO∙Fe 2 O 3 и 2CaO∙Fe 2 O 3 .

Первым при спекании образуется 2CaO∙Fe 2 O 3 , поэтому если в смеси отношение CaO к Fe 2 O 3 равно 2,0 то при всех температурах образуется 2CaO∙Fe 2 O 3 .

Поскольку при низких температурах с содой образуется скорее феррит, чем алюминат, то, если соды не хватает для полного связывания Al 2 O 3 и Fe 2 O 3 , она расходуется в основном на образовании феррита натрия, а глинозем остается свободным, но при 900°С и выше продукт реакции состоит главным образом из алюмината натрия, что обусловлено вытеснением Na 2 O из феррита по реакции:

С увеличением концентрации феррита натрия снижается температура плавления твердых растворов и уменьшатся термическая площадка спекообразования.

Таким образом, в зависимости от молекулярного отношения Na 2 O: R 2 O 3 в системе Na 2 O – Al 2 O 3 – Fe 2 O 3 могут образовываться и одновременно присутствовать следующие фазы:

1) при молярном отношении Na 2 O: R 2 O 3 >1 – твердые растворы Na 2 O·Al 2 O 3 – Na 2 O·Fe 2 O 3 и свободная Na 2 O и Na 2 CO 3 ;

2) при Na 2 O: R 2 O 3 = 1 – только твердые растворы Na 2 O·Al 2 O 3 – Na 2 O·Fe 2 O 3 ;

3) при Na 2 O: R 2 O 3 <1 образуются два типа твердых растворов: Na 2 O·Al 2 O 3 – Na 2 O·Fe 2 O 3 и β·Al 2 O 3 – β ·Fe 2 O 3 или Na 2 O·11(Al , Fe) 2 O 3 ;

Невыгодно добавлять в шихту соды сверх одного моля на моль Al 2 O 3 + Fe 2 O 3 , так как избыток соды образует при обжиге с силикатом кальция соединения, которые очень медленно разлагаются в воде и щелочах, что вызывает повышенные потери щелочи.

Взаимодействие между Na 2 CO 3 , Al 2 O 3 , Fe 2 O 3 и SiO 2

Эта система отражает основные превращения, протекающие при спекании малокремнистого боксита с содой. Высокое извлечение Al 2 O 3 и Na 2 O из спеков при такой системе возможно лишь для бокситов с небольшим содержанием кремнезема, которые выгоднее перерабатывать по способу Байера. Но иногда выгодно небольшую долю таких бокситов перерабатывать спеканием (параллельная схема сочетания способов для термической каустификации соды.

Такая бокситовая шихта называется двухкомпонентной (боксит+сода).

При рассмотрении условий спекания смеси Na 2 CO 3 , Al 2 O 3 и SiO 2 указывалось, что спеки состоят в основном из алюмината и алюмосиликата натрия.

При добавлении Fe 2 O 3 в спеке появляется феррит натрия в количестве, определяемом молярным отношением Na 2 CO 3 к Al 2 O 3 + Fe 2 O 3 . Если соды достаточно для полного связывания Al 2 O 3 и Fe 2 O 3 , вся окись железа превращается в феррит натрия получается в спеке лишь столько, сколько соды осталось от связывания SiO 2 и Al 2 O 3 .

При выщелачивании спека феррит натрия разлагается, освобождая каустическую щелочь, которая повышает стойкость алюминатных растворов. Поэтому соду обычно вводят на полное связывание Al 2 O 3 и Fe 2 O 3 .

Таким образом спекание смеси Na 2 CO 3 , Al 2 O 3 , Fe 2 O 3 и SiO 2 дает спек, состоящий из алюмината, алюмосиликата и феррита натрия. При этих условиях зависимость между выходом Al 2 O 3 (%) и процентным содержанием кремнезема (S) и глинозема (a) в боксите выражается следующим равенством:

Если состав шихты выражен в молях:

где S и n – количество молей SiO 2 и Na 2 O на 1 моль Al 2 O 3 в боксите.

Образованием твердых растворов между алюмосиликатом и ферритом натрия могут объясняться повышенные потери щелочи против стехиометрии на образование алюмосиликате натрия при выщелачивании спека из содобокситовой шихты.

Полное извлечение Al 2 O 3 и Na 2 O возможно, когда в шихте с=2S, т.е. когда на каждый моль SiO 2 в шихту вводится 2 моля СаО и на 1 моль Al 2 O 3 приходится 1 моль Na 2 O.

Насыщенной шихтой называется такая, когда весь кремнезем связывается в двухкальцевый силикат, а вся окись алюминия и вся окись железа – соответственно в алюминат и феррит натрия, т.е. в ней соблюдаются следующие молярные соотношения: СаО:SiO 2 =2,0; Na 2 O:Al 2 O 3 =1,0; Na 2 O:Fe 2 O 3 =1,0.

При спекании руд с умеренным содержанием Fe 2 O 3 и SiO 2 насыщенная шихта обеспечивает практически полное извлечение Al 2 O 3 и Na 2 O, и называется нормальной. Кроме того при нормальной шихте наблюдается широкая площадка спекообразования, что облегчает обжиг, уменьшая опасность образования кольцевых настылей. При насыщенной шихте образуется самый простой состав спека.

Химические реакции при спекании ненасыщенных шихт ещё недостаточно изучены, а состав спеков более сложены, часть глинозема в них находится не только в составе алюмината натрия, но и в составе соединений, из которых Al 2 O 3 не извлекается при выщелачивании. Поэтому выход Al 2 O 3 из спеков такой шихты меньше, чем из спеков насыщенной.

Физико-химические свойства спеков

Алюминатные спеки имеют сложный химический и фазовый состав, который определяется в основном шихтовкой исходных компонентов и режимом процесса спекания. Основным составляющими спеков являются β-2СаО·SiO 2 и щелочные алюминаты состава Na 2 O·Al 2 O 3 и K 2 O ·Al 2 O 3 , а при переработке сырья с высоким содержанием железа – еще и щелочные ферриты состава Na 2 O·Fe 2 O 3 . Наряду с этим в спеках могут присутствовать в небольших количествах титанат натрия Na 2 O·TiO 2 , алюминаты кальция, геленит анортит – CaO·Hl 2 O·2SiO 2 , феррит кальция и другие соединения типа: mNa 2 O·pCaO·nSiO 2 ; mNa 2 O·nFe 2 O 3 ·pSiO 2 .

При оптимально выбранных соотношениях исходных компонентов в шихте и оптимальных режимах спекания в алюминатных спеках в основном присутствуют алюминат натрия (Na 2 O·Al 2 O 3) и (β-2СаО·SiO 2), которые образуют изотропную фазу. Щелочные алюминаты, находящиеся в изотропной фазе, растворяются в воде и щелочных растворах.

В настоящее время считается, что основные фазы присутствуют в спека в самостоятельном виде, а двухкальциевый силикат с алюминатом натрия и алюминат натрия с ферритом натрия частично могут образовывать между собой твердые растворы.

Физические свойства спека обусловлены, в основном, гранулометрическим составом шихты и режимом ее спекания, а также режимом охлаждения спека.

Как правило, алюминатные спеки представляют собой пористые частицы шарообразной формы с относительно равномерным распределением фаз по всему объему. Насыпная масса и пористость спеков сильно зависят от температурного режима спекания.

Гранулометрический состав спеков определяется условиями его получения и степенью дробления перед выщелачиванием. Гранулометрический состав, общая пористость и плотность определяют насыпную массу спека: с увеличением пористости и крупности спека насыпная масса уменьшается.

Важнейшей характеристикой спека является его пористость. За меру общей пористости спека принимается процентное отношение объема пор к общему объему спека. Для бокситовых спеков это отношение составляет обычно 10-20%. Выщелачивание спеков ведут водой, щелочными или алюминатными растворами, которые могут содержать карбонат натрия. При этом происходит растворение алюмината натрия (калия), гидролиз ферритов и смешанных алюмоферритов с переходом в расвор едкого натра (калия), а также разложение части двухкальциевого силиката в результате взаимодействия его со щелочью или карбонатом натрия.

В результате растворения алюмината натрия и протекания реакций происходит извлечение ценных компонентов (глинозема и щелочи) в раствор.

Степень извлечения этих составляющих спека зависит от многих факторов: химического состава и физических свойств спека, режима выщелачивания, аппаратурной схемы выщелачивания и др.

В результате реакции (3) и (4) кремнезем переходит в раствор, и образуются гидроокись и карбонат кальция. Эти соединения вступают во взаимодействие с алюминатом натрия, образуя малорастворимые гидроалюмосиликаты натрия (ГаСН) и кальция (гидрогранаты), которые являются источником потерь глинозема и щелочи (потери в результате протекания вторичных реакций):

В зависимости от условий выщелачивания образуются гидрогранаты, у которых число SiO 2 молей на моль Al 2 O 3 колеблется от 0,1 до 1.

Установлено, что основная доля потерь глинозема при выщелачивании крупнодробленых спеков связана с образованием гидрогранатов.

При выщелачивании мелкодробленых спеков наряду с преимущественным образованием гидрогранатов происходит образование ГАСН. Образование ГАСН в данном случае способствует высокая степень пересыщения раствора кремнеземом, обусловленная разложением β–СаО·SiO 2 . При высоких концентрациях карбоната натрия глинозем и щелочь теряются преимущественно в составе ГАСН по реакции (4).

Высвободившийся в результате этой реакции кремнезем, взаимодействуя с алюминатным раствором, образует ГАСН. По мере снижения концентрации карбоната натрия будут создаваться условия, благоприятные для образования гидрограната.

Титанат натрия в щелочных растворах гидратируется с образованием водного титаната Na 2 O·TiO 2 ·xH 2 O, который затем частично гидролизируется с образованием TiO 2 ·xH 2 O и NaOH.

Алюминаты кальция взаимодействуют с щелочным раствором с образованием нерастворимого трехкальциевого шестиводного алюмината кальция и алюмината натрия. Для монокальциевого алюмината эта реакция имеет вид:

Ферриты кальция частично разлагаются алюминатными растворами по реакции:

В присутствии больших количеств карбоната натрия алюминаты кальция разлагаются по реакции:

4. Технологическая схема производства (копия технологической схемы)

Принципиальная схема печной нитки

5. Техника безопасности

1. Глиноземное производство связано с переработкой большого количества растворов и пульп, большим количеством агрегатов и аппаратов с электроприводом, наличием оборудования с вращающимися и движущимися деталями, производством на действующих участках строительных и монтажных работ, что создает определенную опасность при работе.

2. Эксплуатацию глиноземного производства осуществляют в соответствии с «Общими правилами безопасности для предприятий и организаций металлургической промышленности», утвержденными Госгортехнадзором СССР, согласованными с Министерством металлургии СССР и ЦК профсоюза рабочих металлургической промышленности и «Правилами безопасности при производстве глинозема».

На основании Правил администрация цеха разрабатывает инструкции по технике безопасности для профессий.

3. Работу на оборудовании, подведомственном инспекциям Госгортехнадзора, производят в соответствии с «Правилами устройства и безопасной эксплуатацией сосудов, работающих под давлением». Контроль за эксплуатацией осуществляют местные органы государственного надзора (инспекции котлонадзора, газового надзора, Энергонадзора). Технический директор БАЗ – филиала ОАО «СУАЛ» утверждает инструкции по эксплуатации объектов, подведомственных государственному надзору. К инструкциям прилагаются схемы и режимы работы оборудования, разрабатываемые администрацией цеха.

4. К работе в цехе допускаются лица, достигшие восемнадцатилетнего возраста, прошедшие медицинское освидетельствование, сдавшие необходимый техминимум по своей специальности, прошедшие десятидневное обучение по технике безопасности и усвоившие безопасные приемы труда. Лица, обслуживающие объекты, подконтрольные инспекциям Госгортехнадзора, проходят курс обучения и проверку знаний в соответствии с требованиями Правил безопасности.

Характеристика вредных (токсичных) веществ, применяемых или образующихся в производстве

Боксит. При длительном вдыхании бокситовой пыли может развиться хронический фибриоз легких - пневмокониоз. Для бокситовой пыли ПДК-6 мг/м 3 воздуха.

Спек. При вдыхании спековой пыли поражаются дыхательные пути, реже протекают склеротические изменения в легких, возможны кожные заболевания экзема, дерматит.

Для спековой пыли ПДК- 2,0 мг/м 3 .

Каустик (едкий натр). При попадании на кожу оказывает сильные ожоги, образует глубокие долго не заживающие раны. При длительном воздействии могут возникнуть хронические кожные заболевания - экзема, дерматит.

ПДК щелочных аэрозолей в воздухе рабочих помещений (в пересчете на NaOH) - 0,5 мг/м 3 .

Сода кальцинированная (Na 2 CO 3). При работе с содой может возникнуть конъюнктивит глаз, раздражение слизистых оболочек и заболевание органов дыхания. Содовая пыль может способствовать поражению волосяного покрова. При длительной работе с растворами соды возможны экземы и дерматиты.

Известняк (СаСОз), известь. Вдыхание пыли может вызвать поражение слизистой оболочки верхних дыхательных путей, возможны хронические бронхиты и склеротические изменения в легких. Действие пыли на кожу вызывает хронические заболевания, при попадании в глаза может вызвать стекловидный отек, конъюнктивит. Горячее известковое молоко вызывает сильные ожоги.

ПДК известковой пыли в воздухе производственных помещений - 6 мг/м 3 .

ПДК пыли негашеной извести - 3 мг/м 3 (в пересчете на общую щелочь).

Глинозем. Продолжительный контакт с глиноземной пылью может вызвать хронические поражения верхних дыхательных путей и легких.

ПДК глиноземной пыли - 6 мг/м 3 воздуха.

Серная кислота (Н 2 S0 4). Вызывает ожог кожи при любых концентрациях. Пары поражают дыхательные пути, глаза, зубы.

ПДК серной кислоты - 1 мг/м 3 .

ПДК сернистого ангидрида (SОз) -10 мг/м3.

Мазут. Токсичные пары. Дыхательное воздействие аэрозоля вызывает головную боль, растройство нервной системы, образование злокачественных опухолей. При концентрации 300 мг/м возникает раздражение слизистой оболочки горла и глаз.

Природный газ . В больших концентрациях оказывает наркотическое действие. Первостепенное значение имеет взрывоопасность смеси газа и воздуха. Пределы взрываемости от 2,5 до 15,8 % (объемных).

Азот. Под давлением оказывает наркотическое действие, при атмосферном давлении снижает в помещении порциональное давление кислорода, что вызывает удушье.

Окись углерода (СО) - сильно ядовитый газ без запаха и вкуса, образуется при неполном сгорании топлива.

ПДК окиси углерода - 20 мг/м 3 .

Двуокись углерода (СО 2) - слабо ядовитый газ. Действует раздражающе на слизистые оболочки глаз, рта, носа. При содержании более 6% действует отравляюще.

6. Меры защиты и профилактика (подробно изложены в участковых инструкциях по технике безопасности)

Оборудование участков глиноземного цеха соответствует характеру производства, технологическому процессу и обеспечивает безопасные и безвредные условия труда работающих, а также удобства обслуживания и ремонта.

Рабочие места, где невозможна полная герметизация и возможны выделения вредных веществ, оборудованы местными отсосами. Рабочие места со значительными выделениями тепла оборудованы приточно-вытяжной вентиляцией.

Для индивидуальной защиты от производственных вредностей рабочие цеха обеспечены спецодеждой, спецобувью и индивидуальными средствами (очки, респираторы, перчатки, каски, противогазы и т.д.) по установленным нормам.

Рабочие без соответствующей спецодежды и индивидуальных средств защиты к работе не допускаются.

технология процесс производство глинозем

7. Список используемой литературы

1. Производство глинозема. Лайнер Абрам Ильич; Еремин Николай Иванович; Лайнер Юрий Абрамович; Певзнер Илья Захарович.

2. Производство глинозема. Лайнер А.И.

3. Физико-химические основы комплексной переработки алюминиевого сырья (щелочные способы) Абрамов В.Я.; Стельмакова Г.Д.; Николаев И.В.

4. Производство глинозема. Иванов А.И. г.Николаев

5. Глинозем в производстве алюминия электролизом. Исаева Л.А.; Поляков П.В. г.Краснотурьинск.

6. Процессы и аппараты глиноземного производства. Еремин Н.И.; Наумчен А.Н.; Казаков В.Г.

7. Кристаллооптический анализ в алюминиевом производстве. Кимпаниец М.Ф.

8. Производство глинозем из бокситов. Троицкий И.А.

10. Разложение алюминатных растворов. Романов Л.Г.

11. Технологические расчеты в производстве глинозема. Самарянова Л.Б.; Лайнер А.И.