3.4.3.2. Получение глинозема способом спекания.

Способ применяют для получения глинозема из высококремнистых

(больше 6 - 8 % диоксида кремния) бокситов с кремниевым модулем менее 5 – 7 . Способ пригоден также для переработки любого алюминиевого сырья.

Сущность способа заключается в получении твердых алюминатов натрия путем их спекания при высоких температурах (1250 - 1300 ⁰С) и последующим выщелачивании спека.

Основные стадии этого процесса:

подготовка к спеканию;

спекание;

выщелачивание спека;

обескремнивание алюминатного раствора;

отделения алюминатного раствора от красного шлама;

карбонизация алюминатного раствора с получением гидроксида алюмния;

отделение гидрооксида алюминия от содового раствора;

кальцинации гидроксида алюминия.

При проведении процесса спекания глиноземсодержащего сырья кроме щелочного реагента, в качестве которого используют соду, в шихту добавляют известь, цель добавки которой заключается в связывании оксида кремния в малорастворимый в содовом растворе кальциевые силикаты по реакциям:

Al₂O₃ + Na₂CO₃ = 2 NaAlO₂ + CO₂

2 CaCO₃ + SiO₂ = 2 CaO* SiO₂ + 2 CO₂

Примерная схема спекания боксито – содово - известковой шихты, рис. 8.

Сода Боксит Известняк

ДРОБЛЕНИЕ ДРОБЛЕНИЕ

МОКРОЕ ИЗМЕЛЬЧЕНИЕ

Пульпа

СПЕКАНИЕ

Спек Газы

ДРОБЛЕНИЕ Вода

ВЫЩЕЛАЧИВАНИЕ

Алюминатный раствор Красный шлам

ОБЕСКРЕМНИВАНИЕ В отвал

Белый шлам КАРБОНИЗАЦИЯ

Гидратная пульпа

ОТДЕЛЕНИЕ И ПРОМЫВКА ГИДРОКСИДА АЛЮМИНИЯ

Маточный раствор и промводы Al(OH) ₃

ВЫПАРИВАНИЕ КАЛЬЦИНАЦИЯ

Содовый раствор Глинозем

Рис. 8. Схема производства глинозема из бокситов по способу спекания

Спекание ведут в трубчатых вращающие­ся печи, имеющие длину 80 -185 м и диаметр 2,5 - 5 м (рис. 9). Полученную пульпу подают в холодный конец печи, где она встречается с отходящими печными газами, имеющими температуру ~ 400 °С. В результате влага испаряется; высохшая шихта перемещается в горячую зону, в которой температура достигает 1250 - 1300⁰С. По мере нагревания в шихте протекают ранее указанные реакции. Полученный в печи спек охлаждают, дробят и подвергают выщелачиванию, сущность которого заключается в воздействии на спек слабых растворов соды. В результате выщелачивания из спека в раст­вор переходит алюминат натрия (Na₂O*Al₂O₃ или NaAlO₂), а нераство­рившаяся часть, называемая красным шламом, содержащий оксиды железа, кремния, кальция и частично алюминия отправляется в отвал.

Рис. 9. Трубчатая вращающаяся печь:

1 - труба; 2 - форсунка; 3 - разгрузочная головка; 4 - венцовая шестерня; 5 - опорные бандажи; 6 - загрузочная головка; 7 – редуктор

Несмотря на то, что основная масса кремния переходит в раствор в виде растворимого двукальциевого силиката, в раствор переходит немного кремния в виде гидросиликатов, в связи с чем раствор подвергают обескремниванию.

Обескремнивание алюминатного раствора осуществляют в батарее автоклавов длительной (около 2,5 ч) выдержкой при температуре 150 - 170 ⁰С. В этих условиях вырастают кристаллы нерастворимого в воде соединения Na₂O*Al₂O₃* 2SiO₂* 2 H₂O (иногда к раствору добавляют известь, в этом случае образуются кристаллы CaO* Al₂O₃* 2 SiO₂*2H₂O). Из автоклавов выходит пульпа, состоящая из алюминатного раствора и осадка – белого шлама. Далее раствор отделяют от белого шлама путем сгущения, а раствор направляют на карбонизацию.

Назначение операции карбонизации - выделение из раствора гидроокиси алюминия, не загрязненной другими веществами; ее про­водят в цилиндрических баках с мешалками, в которых углекислый газ (обычно очищенные печные газы) продувают через раствор. Под действием СО₂ алюминатный раствор разлагается, из него выпадает белый осадок - гидрат окиси алюминия, который отделяется от раствора соды фильтрацией:

Оставшийся оборотный раствор соды после добавления в него некоторого количества свежей соды возвращается на подготовку шихты для очередного спекания, а гидрат окиси алюминия прокали­вается (кальцинация) в трубчатых вращающихся печах аналогично процессу кальцинации способа Байера.

На практике кальцинацию глинозема осуществляют в трубчатых вращающихся печах, футерованных шамотным кирпичом (рис. 10). Печи для кальцинации имеют наклон 2,5 - 3 % к длине, длину 35 - 110 м, диаметр 3 - 4 м.

Рис. 10. Схема кальцинации гидрокси­да алюминия:

1 - бункер; 2 - шнековый питатель; 3 - трубчатая вращающаяся печь; 4 - трубчатый холодильник; 5 - камерный насос; 6 - батарейные циклоны; 7- электрофильтр

Скорость вращения печи 1 - 2 об / мин. Охлаждение прокален­ного глинозема проводят в орошаемых водой трубчатых холодильниках длиной 25 - 50 м, диаметром 2,3 - 3,5 со ско­ростью вращения 2 - 3 об / мин. Холодильник по своей кон­струкции аналогичен трубчатым вращающимся печам. Отличие заключается в отсутствии футеровки на нижнему разгрузочном конце барабана.