2.Технология способа Байера.

Поступающий на склад боксит после крупного и среднего дробления смешивают с небольшим объемом оборотного щелочного раствора (ж:т = 0,8‑1,9) и направляют в мельницу мокрого размола. Такое низкое отношение ж:т в мельнице обеспечивает максимальную ее производительность. К диаспоровому бокситу добавляют 3-5 % извести. Мельницы обычно работают в замкнутом цикле с классификаторами, которые иногда заменяют или дополняют гидроциклонами. Пульпа из мельниц – «сырая» пульпа –собирается в сборниках, куда подают остальное количество оборотного раствора с Na₂O_K = 300 г/л. Здесь ее нагревают паром сепарации до 90-100 °С и выдерживают 4-8 часов при перемешивании для предварительного обескремнивания боксита, т. е. перевода большей части активного кремнезема из боксита в раствор:

SiO2тв+ 2NaOHр-р= Na2SiO3р-р+ H2Oр-р

(3)

и далее в осадок в виде гидроалюмосиликата натрия (ГАСН):

1,7Na2SiO3р-р+2NaAl(OH)4р-р=Na2O·Al2O3·1,7SiO2·nH2O↓тв+3,4NaOHр-р+1,3H2Oр-р.

(4)

Этим достигается меньшее зарастание алюмосиликатной накипью трубок подогревателей, через которые пульпа проходит в автоклавы.Далее «сырая» пульпа поршневыми насосами подается в систему подогревателей, где пульпа сепараторным паром (или вареной пульпой) нагревается до 140-160 °С. Такое ограничение нагрева пульпы связано с тем, что при более высокой температуре на внутренних поверхностях греющих трубок интенсифицируется процесс выделения осадков, содержащих соединения титана, хрома, кальция, фосфора, в результате чего существенно снижается теплопередача. После нагрева «сырая» пульпа поступает в батарею автоклавов колонного типа для выщелачивания боксита по реакции (1). В первые два автоклава, называемые греющими, поступает «острый» пар с ТЭЦ (Р_пар= 28-30 атм/2,8-3 МПа, t = 300 °С), нагревающий пульпу до 230-240 °С. В последующих реакционных автоклавах (8-10 шт.) батареи производится выдержка пульпы, в зависимости от типа боксита, в течение 1,5-2,5 часов. Автоклавы работают в режиме, близком к идеальному вытеснению. Продуктом выщелачивания является так называемая «вареная» пульпа, которая состоит из взвеси: раствора алюмината натрия и нерастворимого остатка боксита – красного шлама.Из последнего автоклава батареи «вареная» пульпа (Na₂O = 290-295 г/л, Al₂O₃= 250-270 г/л) перетекает в систему сепараторов (пароотделителей) последовательно – сначала в сепаратор I ступени, затем в сепаратор II ступени, где от самоиспарения «вареной» пульпы образуется пар – процесс дросселирования. Высокотемпературный пар сепаратора I ступени (Р = 2,25→0,6-07 МПа, t = 165-170 °С) используется для предварительного нагрева «сырой» пульпы в подогревателях перед автоклавным выщелачиванием, пар сепаратора II ступени (Р = 0,6-0,7→0,16-0,2 МПа, t = 125-130 °С) используется для подогрева «сырой» пульпы или нагрева промводы. (Для более эффективного использования тепловой энергии сепараторного пара рекомендуется использовать 3- , 4- и т.д. кратную сепарацию.)Из последнего сепаратора пульпа поступает в агитатор «вареной» пульпы, где давление снижено до атмосферного, а температура – до 95-100 °С. Пар с агитатора используется для подогрева в полочном подогревателе барометрической воды до 90 °С, используемой при промывке красного шлама.«Вареная» пульпа из агитатора насосом подается в мешалки для разбавления промывной водой c Na₂O_общ= 45-50 г/л и α_К= 1,7-1,8 до состава Na₂O_общ= 140-150 г/л, Al₂O₃ = 125-135 г/л, α_К = 1,6-1,7 и µ_Si = 250-300 и далее на отделение и промывку красного шлама в систему 4-5 сгустителей, работающих по принципу противотока при t = 100-105 °С. Разбавление «вареной» пульпы осуществляют для уменьшения вязкости и дополнительного обескремнивания раствора. Процесс сгущения красного шлама очень медленный, обусловлен осаждением очень мелких частиц и наличием одноименных электрических зарядов на их поверхности. Для ускорения сгущения добавляются специальные вещества – коагулянты и/или флокулянты, которые обеспечивают укрупнение мелких частиц с образованием более крупных агрегатов. Промытый и сгущенный в последнем сгустителе красный шлам откачивается в отвал на шламовое поле; промывные воды используют для разбавления «вареной» пульпы. Алюминатный раствор (слив) из первого (основного) сгустителя с содержанием твердого 1-5 г-тв/л подается на контрольную фильтрацию для отделения взвеси шлама, полученный раствор должен содержать не более 0,01 г-тв/л. Чистый алюминатный раствор (Na₂O_общ= 150-160 г/л, Al₂O₃ = 125-135, α_К= 1,65-1,7, µ_Si= 250-300) охлаждается до 60-75 °С в теплообменниках и поступает вместе с затравочным гидроксидом алюминия на декомпозицию (разложение) в батарею декомпозеров; температура в «хвостовом» декомпозере – 47-55 °С.

Для ускорения процесса декомпозиции вводят свежеосажденные кристаллы гидроксида алюминия – затравочный гидроксид. Происходит разложение по реакции

NaAl(OH)4(р-р)+ хAl(OH)3(затравка)↔ (х+1)Al(OH)3↓(осадок)+ NaOH(р-р)	(5)

После декомпозиции, по реакции (5) в течение 40-100 часов, получается пульпа, состоящая из выпавшего в осадок гидроксида алюминия и маточного щелочного раствора. Пульпу направляют на сгущение, отделяется маточный раствор (слив), а сгущенный гидроксид алюминия после классификации по крупности (или без нее) делят на две части: одну часть (крупная фракция в случае классификации) тщательно отмывают от щелочи и отправляют на кальцинацию; другую часть (около 3/4 всего гидроксида) используют в качестве затравки. Иногда затравочный гидроксид также предварительно промывают, но не так тщательно, как товарный (для кальцинации).

Маточный алюминатный раствор с α_К= 3,4-3,65 и Na₂O_общ= 155-165 г/л и воду от промывки гидроксида (промводу) направляют на выпарку в вакуумные многокорпусные аппараты, чтобы удалить лишнюю воду и повысить концентрацию Na₂O_K. Концентрацию Na₂O_Kв растворе повышают до 300 г/л. Поскольку растворимость соды уменьшается с повышением содержания каустической щелочи в растворе, то часть соды выпадает в виде моногидрата (Na₂CO₃·H₂O) по мере выпаривания маточного раствора. При установившемся процессе выпариванием выделяется столько же соды, сколько ее накапливается за весь процесс. Этим предотвращается накопление соды в растворе, и концентрация ее поддерживается в определенных пределах. Кроме того, кристаллы соды увлекают из раствора с собой органические соединения, удаляемые с оборотной содой, – происходит очистка раствора от органических веществ.При работе предприятия только по способу Байера для уменьшения удельного расхода свежей каустической щелочи отделенную от оборотного раствора соду растворяют в воде для каустификации известковым молоком (раствор + взвесь Ca(OH)₂) по реакции

Na2CO3 + Ca(OH)2 ↔ 2NaOH + CaCO3

(6)

Получающийся при этом разбавленный раствор каустической щелочи упаривают вместе с маточным раствором или же в отдельных выпарных аппаратах. К упаренному маточному раствору добавляют свежую едкую щелочь (гидроксид натрия – NaOH) для возмещения химических и механических потерь NaOH, и полученный оборотный раствор вновь направляют на выщелачивание новых порций боксита – схема Байера работает в замкнутом цикле по щелочи. Готовый гидроксид алюминия Al(OH)₃прокаливают при температуре около 1200 °С во вращающихся барабанных печах или в печах «кипящего слоя» при температуре 1050 °С, топочные газы печей тщательно очищают от глинозема. Процесс кальцинации можно описать выражением:

(гидроксид алюминия) Al(OH)3 → Al2O3 (глинозём)

(7)

Способ Байера – самый дешевый и распространенный в мире. Однако для его осуществления необходимо использовать высококачественные бокситы с относительно невысоким содержанием кремнезема – SiO₂. Байеровский боксит должен иметь высокий кремневый модуль µ_Si≥ 6-8 и не содержать больших количеств серы и CO₂, которые осложняют переработку боксита по этому способу. В настоящее время способ Байера – основной способ производства глинозема во всем мире.