Грма 4. Виробництво алюм'ппю електролггичним способом

Частину електрол!Тичного алюмшт рафшують. Наведена схема пиробництва чистого алюмшш е типовою майже для вс1еГ св'пово! алю- М1Н1ево1 промисловосп. Щодо металурги, то виробництво складаеться з двох основнйх процеав — отримання глинозему (А1₂0₃) з боксшчв

та електрол!з глинозему, розчиненого в крюлш (№₃А1Р₆). 5.5.3. Виробництво глинозему

У промисловосп залежно вщ складу та ф)зико-х1М1Чних властивостей сировини глинозем добувають р1зними способами, серед яких можна ВИД1ЛИТИ луЖН1, КИСЛ0ТШ Та Х1М1К0-ТерМ1ЧН1. Найбшыдого поширення набув лужний способ, розроблений наприкшщ XIX ст. австршським Х1М1КОМ К. Н. Байером, який працював у Роса.

Спойб Байера належить до лужних гщрох1М1чних процеав 1 грун- туеться на оборотнш х1м1чшй реакцп:

2А1 (ОН)₃ + 2ЫаОН ?=> Ыа₂0 • А1₂0₃ + 4Н₂0. (5.28)

359

Рис. 5.11. Автоклав для вилуговування бокситов:

1 — труба для розвантаження; 2 — барботер; '( патрубок для подавання пари

В умовах оброблення вихщноУ руди роз чином ЫаОН в спещальних автоклавах ан температури 105 — 240 °С гпщвшценого тиску до 3 МПа реакщя вадбуваеться в прямому напрям1, тобто алюмшш переходить до рол чину у вигляд1 алюмшату натрш. Оксиди феруму, титану та шших дом^шок, яю не рол чиняються в лугах, випадають в осад, тобто переходить у шлам.

Водночас з природними пдроксидами алю мш1ю з лугом взаемод1е також 1 кремнезем з утворенням силшату натрш:

ЗЮ₂ + 2ЫаОН = №₂0 • ЗЮ₂ + Н₂0, (5.29)

який потхм реагуе з алюмшатом натрш 1 вина дае в осад, утворюючи нерозчинну сполуку №₂0 • А1₂О_э ■ 23Ю₂ • 2Н₂0. Утворення вели ко! юлькост! нерозчинного гщроалюмосши кату натрш неприпустимо, оск1Льки це при зводить до витрат лугу та зниження вилу чення в розчин алюм1шю. Тому боксити з пщвищеним вм1стом кремнезему переробля ти способом Байера недоц1льно.

Для актив13ацп процесу вилуговування боксит подр1бнюють 1 розмелюють до фракции 0,05 — 0,15 мм, наливають розчин ЫаОН з додаванням вапна, внаслщок чого утворюеться однорщна пульпа. Шдвищення температури одно часно сприяе збщьшенню швидкост! утворення алюмшату натр!ю га ступеня вилучення його з бокситу. Процес проводять у вертикальних автоклавах (рис. 5.11) мштюстю 25 — 35 м³ (вщомо застосування авто клавдв з корисною м1стюстю до 150 м'^!). Пульпу в автоклав подают!, зверху \ нагр1вають И парою, яку подають безпосередньо в пульпу кр1зь сопло. Пара, проходячи знизу вгору, нагр1вае та перем1шуе пульпу. Тривал1сть вилуговування за оптимальних температури ] тиску визна чають експериментально залежно вщ властивостей бокситу. Шеля закш чення процесу пульпу витискають кр1зь розвантажувальну трубу.

Вщпрацьована Вихщна пульта пульта

Вилуговування боксит1в в автоклавах можна проводити як у перю дичному, так 1 в безперервному автоматизованому режимах. Перша схема ниш втратила практичне значения, а згщно з другою, — вилуговування бокешчв проводять у батареях автоклавов (рис. 5.12), з'еднаних по- слщовно по 6—10 шт. залежно вщ технолопчних вимог.

Оборотна вода

"Т

Пара ТЕЦ

Рис. 5.12. Схема безперервного вилуговування боксипв:

I — зМ1шувач; 2 — пов]тряний компенсатор; 3 — насос; 4 — автоклави, що забезпечують Н1гр1вання; 5 — реакцшш автоклави; 6 — сепаратор пульпи I ступеня; 7 — сепаратор Пульпи II ступеня; 8 — змшувач для розбавлення; 9 — гаряча вода; 10 — нагр1вник Конденсату; 11 — теплообменники; 12 — самовипарювач конденсату

Безперервне вилуговування боксшлв можна проводити у трубчас- тих реакторах, що дае змогу тдшмати температуру процесу до 300 °С I бшыие за тиску 10 — 25 МПа.

А1₂О_э,

Розчин алюмшату натрда у вигляд1 автоклавной пульпи спрямову- Ють на подальше перероблення — в1докремлення в1д шламу 1 проми- вання в спещальних пристроях — згущувачах. Залежно в1д якост1 бокситу вихщ шламу становить 20 — 50 % вихщно!' маси 1 в своему

45-50 Ре₂О_э, 4-5% ТЮ₂, решта

склад1 м1стить 12—15 8Ю₂ 1 СаО. Шсля згущення алюмшатний розчин фшьтрують 1 прово­дять його декомпозицш.

Розкладання алюмшатного розчину проводять з метою випадання в осад А1(ОН)₃ та створюють умови для переб1гу головно! реакцп вилуго- иування в зворотному напрямь Щоб провести цей процес розчин розбавля- ють водою та охолоджують, вносять «затравку» (др^бш кристали пдрокси- ду алюмшш) 1 пульпу перемшують впродовж 50 — 90 год для отримання досить крупних кристал'пз. Додавання затравки з иеремшуванням ще на- зивають викручуванням 1 проводять в апаратах — декомпозерах, яга бува- ють з мехашчним або иневматичним (пов1тряним) иеремшуванням пуль­пи 1 працюють у перюдичному чи безиерервному режимах. Сучасш деком- позери — це цилшдричт залгзш баки заввишки 25—35 м та мк:тюстю до 3000 м³, в яга знизу для перемшування пульпи подають стиснене повгтря.

Пдратну пульпу з декомиозер1в, що складаеться [з залишкового (ма­точного) розчину та кристал)в пдроксиду алюмшш р1зно1 крупност!,

вадправляють на згущення 1 фшьтрацш. Лужний розчин поеднують I промивними водами, випарюють до певно'! концентрацп лугу, очшцаюп, 1 повертають назад у технолопчний процес. Пдроксид алюмшш под| ляють на дв1 фракцп — др1бну (розм1р часточок менше шж 40 мкм) I крупну (розм1р часточок 40—100 мкм). Др1бну фракцпо використовую11, як затравку пщ час декомпозицп, а крупну шеля ретельного промиванин 1 фшьтрацп направляють на завершальну стадию виробництва глинозе му — кальцинащю. Мета кальцинацц — зневоднити пдроксид алюмшно

2А1(ОН)₃ -> А1₂0₃ +ЗН₂0 (5.30)

й отримати продукт, який не мав би пгроскошчних властивостей. Шд час нагр1вання гщроксиду алюмшш до 1150—1200 °С вщбуваютыя тага структурш перетворення:

А1 (ОН)₃ АЮОН -> у-А1₂0₃ а-А1₂О_э. (5.31)

Сл1д зазначити, що модифшащя а-А1₂0₃ (корунд) майже в1дпов1 дае вс1м вимогам, а модификация у-А1₂0₃ утворюеться за низьких тем ператур, пгроскопгчна, але зб1льшення температури зумовлюе р!ст П кристал1в, що, в свою чергу, зменшуе здатн!сть поглинати вологу. Юнцевий глинозем П1сля прожарювання зазвичай м1стить 30 — 50 % а-А1₂0₃, решта — це у-А1₂0₃.

Кальцинащю проводять за температури близько 1200 "С у трубчастих обертових печах або в установках з киплячим шаром.

Вилучення глинозему у раз! використання способу Байера становить близько 87 %. На виробництво 1 т глинозему витрачають 2,0 —2,5 т бокситу, 70—90 кгЫаОН, близько 120 кг вапна, 7 —9 т пари, 160 — 180 кг мазуту (в перерахунку на умовне паливо) 1 близько 280 кВт • год електроенергп. Зазвичай споаб Байера використовують для боксит1в 13 сил1щевим модулем б1льше Н1ж 5 — 7, осюльки зб1льшення к1лькост1 5Ю, призводить до бшьших втрат А1₂0₃ та КГаОН.

Для добування глинозему з боксит1в 1з пщвищеним вм1стом сшнцш, а також алунтв застосовують способи сткання. У цих випадках за температури 1200 — 1300 °С прожарюють сум1ш бокситу, соди та вапна до отримання спеку, який м1стить водорозчинний алюмшат натр1ю:

А1₂О_э + Ма₂СО_э = Ыа₂0 • А1₂О_э + С0₂. (5.32)

Вапняк витрачаеться на утворення нерозчинного сил1кату кальц1ю: СаСО_э + 5Ю₂ = СаО • 5Ю₂ + С0₂. (5.33)

Спек розмелюють, вилуговують гарячою водою, а отриманий розчин продувають вуглекислим газом:

Ыа₂0 • А1₂О_э + ЗН₂0 + С0₂ = 2А1 (ОН)₃ + Иа₂С0₃. (5.34)

Осад промивають, фшьтрують I прожарюють, отримуючи глинозем, 1 в попередньому способ!.

На виробництво 1 т глинозему за способом списания приблизно витра- ають 3,2 — 3,6 т бокситу, 1,35 т вапняку, 190 кг кальциновашл соди, 5 вапна, близько 1200 кг умовного палива та 800 кВт ■ год електро- 1ергп.

Спос1б сшкання ушверсальшший, шж спос1б Байера, 1 його можна :|астосовувати для перероблення будь-яко! алюмш1ево1 сировини, зо- Крема нефелхшв. На вщмшу вщ перероблення боксит1в за нефелшо- |ою технолопею шихту для спшання готують без додавання соди. Це Пов'язано з тим, що нефелшов1 концентрата мають у своему склад! до 20 % Ыа₂0 + К₂0. Тому розчини шсля карбошзацп повертають для |илуговування, що дае змогу використовувати 1'х для виробництва соди й поташу. Вапняково-кремениеп шлами теля вилуговування нефелин в Використовують як сировину для виготовлення цементу.

На виробництво 1 т глинозему витрачають 4 т нефелшу, 7 т вапняку, 100 кг вапна, 1500 кг умовного палива 1 близько 1000 кВт • год електро- енергп. При цьому отримують також до 1 т содопродукт1в та до Ют цементу.