2. Аппаратурно-технологическая схема переработки бокситов способом спекания.

Исходные материалы — боксит и известняк после дробления поступают в мельницы, где размалываются в среде маточного раствора, содержащего оборотную соду. В мельницы поступает также свежая сода для возмещения потерь се в процессе и белый шлам, остающийся после обескремнивания алюминатного раствора. Перед подачей в мельницы компоненты шихты дозируют в нужном соотношении; в случае необходимости окончательно корректируют шихту после помола, смешивая шихты различного состава. Осуществляется это в коррекционных бассейнах. Исходная шихта из мешалки 1 по напорному распределительному трубопроводу через форсунку 5 подается в трубчатую вращающуюся печь 6, где спекается. Полученный спек из печи пересыпается в барабанный холодильник 4, охлаждается в нем и транспортером подается па дробление. Дробилка спека 10 работает в замкнутом цикле с грохотом 9.Газы, выходящие из печи, уносят значительное количество шихты в виде пыли. Улавливание этой пыли происходит в системе пылеулавливающих устройств. На рис. 2 показана установка для пылеулавливания, состоящая из циклонов, электрофильтров и мокрых скрубберов. Пыль, уловленная в циклонах и электрофильтрах, а также оседающая в холодной головке печи, возвращается в печь спекания. Пыль, уловленная в скрубберах, в виде пульпы возвращается на приготовление шихты для спекания.

Затем откорректированную шихту спекают во вращающихся трубчатых печах при высокой температуре (1200—1300°С), подают шихту форсунками под давлением 10-15 атм., а получен­ный в результате этой операции спек, содержащий алюминат натрия, направляют на измельчение и выщелачивание водой или содовы­ми растворами. При выщелачивании в раствор переходит алюминат натрия и некоторое количество кремнезема. Главная масса примесей со­ставляет твердый остаток — красный шлам. Его промывают и направ­ляют гидравлическим путем в отвал. Промывные воды красного шлама применяют для выщелачивания новых порций спека. Концентрированный раствор алюмината натрия после некоторого разбавления обескремнивают, т. е. очищают от растворенного в нем кремнезема. Эту операцию производят в автоклавах, нагревая рас­твор алюмината с добавкой извести. Известь связывает кремнезем в не-растворимый силикат кальция. Силикат кальция вместе с остатком из­вести образует так называемый белый шлам, который отделяют от алюминатного раствора сгущением и последующим фильтрованием на фильтр-прессах. Чистый алюминатный раствор для извлечения гидроокиси алюми­ния разлагают методом карбонизации: через раствор пропускают (барботируют) топочные газы, содержащие углекислоту. Гидроокись алюминия отделяют от образовавшегося при карбонизации раствора со­ды на вакуум-фильтрах и подвергают кальцинации. Раствор соды после карбонизации возвращают на шихтовку и мокрый помол.

3. Физико-химические основы процесса выщелачивания спеков.

Назначение выщелачивания – максимально возможный перевод оксида алюминия и натрия из нефелиновых спеков в алюминатный раствор и отмывка шлама от алюминатного раствора. Шлам отмывают горячей водой, которую затем используют для выщелачивания спека. Для обеспечения стойкости растворов в процесс вводят едкую щелочь в составе содощелочного раствора. В результате частичного разложения двухкальциевого силиката в алюминатный раствор переходит кремнезем в количестве, соответствующем кремневому модулю, равному 30-40 ед..

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 раствор едкого натра (калия), а также разложение части двухкальциевого силиката в результате взаимодействия его со щелочью или карбонатом натрия:

R2O*Fe2O3 + 2H2O = 2ROH + Fe2O3*H2O

R2O*xAl2O3(1-x)Fe2O3 + 2H2O=2(1-x)ROH + xRAlO2 + (1-x)Fe2O3*H2O + xH2O;

2CaO*SiO2 + 2NaOH + H2O = Na2O*SiO2(OH)2 + 2Ca(OH)2;

2CaO*SiO2 + 2Na2CO3 + 2H2O= 2CaCO3 + Na2SiO2(OH)2 +2NaOH

3Ca(OH)2 + 2NaAlO2 + 4H2O = 3CaO*Al2O3*6H2O + 2NaOH;

3CaO*Al2O3*6H2O + mNa2O*SiO2(OH)2 = 3CaO*Al2O3*mSiO2(6-2m)H2O + +2mNaOH + 2mH2O;

2NaAlO2 + 2Na2SiO2(OH)2 + nH2O = Na2O*Al2O3*2SiO2*nH2O + 4NaOH

Титанат натрия в щелочных растворах гидратируется с образованием водного титаната Na2O*TiO2*xH2O, который затем частично гидролизуется с образованием TiO2*xH2O и NaOH

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

3(CaO*Al2O3) + 4NaOH + 4H2O = 3CaO*Al2O3*6H2O + 4NaAlO2

Ферриты кальция частично разлагаются алюминатными растворами по реакции

3(CaO*Fe2O3) + 2NaAlO2 + 10H2O = 3CaO*Al2O3*6H2O + 3(Fe2O3*H2O) + 2NaOH

3