Главная | Обратная связь

Показатели автоклавного выщелачивания

Продолжительность, мин	Состав раствора, г/л	aк	, %	, %
[Na2Oк]п	[Na2Oугл]п	[Al2O3]п
¼
ti

 

16. Рассчитать удельные показатели технологии по основным видам материалов и продуктов на 1 т боксита. Для каустика в тоннах; щелочного раствора в кубических метрах; красного шлама в тоннах соответственно

m_к/m^б;

V_щ/m^б; (15)

m_к.ш/m^б.

 

 

Работа 2. КОНТУРЫ ТЕХНОЛОГИИ ПРОИЗВОДСТВА

ГЛИНОЗЕМА СПОСОБОМ СПЕКАНИЯ

 

Цель работы – знакомство с теоретическими и технологическими основами переработки низкокачественного бокситового сырья, а также методами контроля соответствующих технологических процессов на основе их лабораторного моделирования.

 

 

Основные определения, теория и технология

 

Технология способа спекания была заложена работами Луи Ле-Шателье (1848 г.) и Г.Мюллера (1880 г.). Современная промышленная технология переработки бокситов спеканием представляет собой результат работы ряда российских ученых: А.А.Яковкина, В.А.Мазеля, А.И.Лайнера, М.Н.Смирнова, Н.И.Еремина и др.

Способ ориентирован на переработку бокситов с < 6-7 и высококремнистого алюмосиликатного сырья (рис.7).

В основе способа спекания лежит образование при соответствующей дозировке сырья, соды и известняка в определенном температурном режиме малорастворимого ортосиликата кальция (Ca₂SiO₄) и хорошо растворимых или разлагаемых в щелочном растворе соединений (алюминат натрия NaAlO₂, феррит натрия NaFeO₂). Образование этих соединений подчиняется стехиометрии следующих реакций:

Na₂CO₃ + Al₂O₃ = Na₂O×Al₂O₃ + CO₂; (16)

2CaCO₃ + SiO₂ = 2CaO×SiO₂ + 2CO₂; (17)

Na₂CO₃ + Fe₂O₃ = Na₂O×Fe₂O₃ + CO₂. (18)

Из уравнений (16)-(18) вытекают необходимые молярные отношения компонентов в исходной шихте: щелочной модуль a_щ и известковый модуль a_изв соответственно

. (19)

В промышленных условиях спекание осуществляется в трубчатых вращающихся печах. Топливом может служить природный газ, малосернистый мазут или угольная пыль. Образующийся твердый продукт носит название спека. Для извлечения полезных компонентов и отделения основного количества примесей кек подвергают выщелачиванию оборотной промывной водой. При этом протекают следующие реакции:

NaAlO2 + 2H2O = NaAl[OH]4 ; 2NaFeO2 + H2O = Fe2O3 + 2Na(OH).

(20)

Алюминат натрия переходит в раствор, а феррит натрия гидролизуется с образованием нерастворимого оксида железа и выделением свободной щелочи. Поэтому говорят, что железо выполняет роль каустификатора соды, поставляя в раствор каустическую щелочь, необходимую для получения стойких алюминатных растворов.

Таким образом, спекание и дальнейшее выщелачивание обеспечивают важнейший технологический этап – вскрытие сырья. Основная масса двухкальциевого силиката при выщелачивании переходит в шлам. Однако некоторая часть разлагается алюминатно-щелочным раствором с образованием растворимого силиката натрия

2СaO×SiO₂ + 2NaOH + H₂O = 2Ca(OH)₂ + Na₂SiO₃; (21)

2CaO×SiO₂ + 2Na₂CO₃ + H₂O = 2CaCO₃ + 2Na₂SiO₃ + 2NaOH. (22)

Равновесие реакций (21) и (22) заметно смещается вправо в присутствии алюминатных ионов, что повышает растворимость SiO₂.

Оценка загрязнения алюминатных растворов кремнием ведется по значению , которое после выщелачивания спека составляет 30-40. Поскольку для получения высококачественного металлургического глинозема должен быть не ниже 1000, в технологии предусмотрена операция очистки растворов от кремния – обескремнивание. В настоящее время обескремнивание выполнятся в две стадии: осаждением ГАСН в автоклавах на первой и осаждением малорастворимых кальциевых гидроалюмосиликатов (гидрогранатов) на второй, при введении в раствор известкового молока или синтетических обескремнивающих добавок – карбоалюминатов кальция (ГКАК).

В способе спекания выделение гидроксида алюминия из обескремненных растворов может производиться различными методами. Поскольку при спекании не имеет значения, в каком виде Na₂O присутствует в шихте (в виде NaOH или Na₂CO₃), наиболее распространен метод выделения Al(OH)₃ из алюминатных растворов путем их карбонизации, являющейся более эффективным процессом по сравнению с декомпозицией. При этом протекают, по крайней мере, две реакции, отличающиеся скоростями:

2NaOH + CO₂ = Na₂CO₃ + H₂O (23)

и гидролиз алюмината натрия (6).

После отделения гидроксида содовый раствор упаривается и возвращается в голову процесса, а гидроксид алюминия направляется на кальцинирующий обжиг (кальцинацию). Цель последней операции – получение безводного оксида алюминия, который при соответствии требованиям ГОСТа носит товарное название глинозем. Термическая дегидратация гидроксида алюминия может быть представлена следующей схемой:

2Al(OH)₃ 2AlOOH gAl₂O₃ aAl₂O₃. (24)

Как видно, безводный оксид алюминия может быть получен уже при 500 °С, однако g-модификация гигроскопична, поэтому прокаливание ведут при 1150-1200 °С до содержания в глиноземе 25-30 % a-Al₂O₃.

Основные достоинства способа спекания – это его универсальность, пригодность к переработке различного высококремнистого сырья и использование более дешевого реагента – соды.

Основные недостатки связаны с большей сложностью технологической схемы, высокими энергозатратами передела спекания и худшими физическими свойствами товарного глинозема.

 

 

Подготовка к работе

 

Лабораторное оборудование должно обеспечивать возможность проведения в лаборатории всех технологических операций согласно схеме (рис.7), за исключением двухстадийного обескремнивания и упарки содового раствора. Операции общего назначения: дробление, измельчение, дозировка, смешение, фильтрация и промывка, – организуются на оборудовании, аналогичном используемому при изучении способа Байера. Операции спекания и кальцинирующего обжига могут выполняться в электрических печах сопротивления, рассчитанных на соответствующую температуру. Низкотемпературное выщелачивание спека выполняется в фарфоровых или стеклянных реакторах (стаканах), оборудованных механическими перемешивающими устройствами (мешалками), системой обогрева и поддержания заданной температуры пульпы.

Карбонизация алюминатного раствора может выполняться на специализированной установке (рис.8), а также путем подачи в термостатированный объем углекислого газа из баллона высокого давления или из аппарата Киппа.

 

Рис.8

 

 

Задание на выполнение экспериментальной части включает:

· сведения о химическом и фазовом составе боксита, известняка, соды и каустика;

· требования к составу шихты и щелочного алюминатного раствора;

· технологический режим моделируемых операций, включая температуру и продолжительность процессов, используемые реактивы и материалы, их расход;

· рекомендации по технологическому контролю процессов.

 

 

Ход работы

 

1. По показателям и из уравнений (4) и (5) определить непригодность пробы боксита для переработки способом Байера.

2. Методом дробления и измельчения подготовить к шихтовке пробу боксита, известняка и кальцинированной соды. Крупность материалов должна соответствовать 100 % фракции –80 мкм по ситовому анализу.

3. Произвести расчет трехкомпонентной шихты (боксит, сода, известняк) на навеску боксита m^б = 20¸30 г с учетом известных химических составов исходных материалов и молярных соотношений (19).

Масса соды в шихте в граммах

, (25)

где m^б – масса навески боксита, г; А^б, F^б – содержание в боксите Al₂O₃ и Fe₂O₃, %; [Na₂CO₃]^c – содержание в соде углекислого натрия, %; 106; 102 и 160 – молекулярные массы соответственно Na₂CO₃, Al₂O₃ и Fe₂O₃, г/моль.

Масса известняка в шихте может быть определена по известному известковому модулю a_изв (19), содержанию СаО и SiO₂ в боксите и известняке:

, (26)

где и – число молей СаО и SiO₂ в навеске боксита; , – число молей СаО и SiO₂ в известняке.

С учетом (26) количество известняка на навеску боксита m^б в граммах

, (27)

где S^б, С^б – содержание SiO₂ и СаО в боксите, %; S^изв, С^изв – содержание SiO₂ и СаО в известняке, %; 60 и 56 – молекулярные массы SiO₂ и СаО, г/моль.

4. Рассчитать количество образующихся при спекании технологических газов и спека.

Из боксита перейдет в газ ( ) следующее количество компонентов в граммах:

, (28)

где n – число молей Н₂О на один моль Al₂O₃, химически связанных в минералах алюминия; W^б – влажность боксита, %; 18 и 44 – молекулярная масса воды и СО₂, г/моль.

Количество СО₂ и влаги, удаляемой из известняка, в граммах

, (29)

где W^изв – влажность известняка, %.

Количество СО₂ и влаги, удаляемой из соды, в граммах

, (30)

где W^с – влажность соды, %.

С учетом (28)-(30) общее количество технологических газов

m_г = + + . (31)

Баланс спекания без учета механических потерь сводится в табл.4.

 

Таблица 4