Производство глинозема

Существуют различные методы получения глинозема :

- химико-термические методы

- кислотные методы

- щелочные методы

Щелочные методы наиболее распространены. К ним относится метод Байера. Это один из лучших методов, но пригоден для переработки только высокосортных бокситов с содержанием кремнезема не более 3 % .

Основные операции:

Подготовка боксита

Бокситы дробят и измельчают в мельницах, куда кроме бокситов подают щелочь и оборотный раствор. Полученную сырую пульпу направляют на выщелачивание.

Выщелачивание

Его осуществляют в автоклавах при температуре 105-240 ⁰С и давлении до 3,5 МПа. Для подогрева используют острый пар. В процессе выщелачивания идут следующие реакции:

Al₂O₃ •3H₂O + 2NaOH  Na₂O •Al₂O₃ + 4H₂O

Al₂O₃ •H₂O + 2NaOH  Na₂O •Al₂O₃ + 2H₂O

SiO₂ + NaOH  Na₂O •SiO₂ + H₂O

Na₂O •Al₂O₃ + 2(Na₂O •SiO₂) + 4H₂O  Na₂O •Al₂O₃ •2SiO₂•2H₂O↓

+ 4NaOH

При высоком содержании кремния теряется большое количество алюминия и щелочи. В процессе выщелачивания в раствор переходят соединения алюминия, а в осадке остаются соединения железа, титана а также соединения кремния.

Промывка

Образующуюся пульпу разбавляют промывными водами и подают в сгуститель, где при температуре 90 ⁰С происходит отделение красного шлама от алюминатного раствора. Этот раствор направляют на следующую стадию, а красный шлам промывают горячей водой. Осветленные промывные воды подают на разбавление следующей порции алюминатной пульпы. Красный шлам из сгустителя направляют в шламонакопитель.

Декомпозиция (разложение алюминатного раствора)

Алюминатный раствор разбавляют водой и охлаждают, что приводит к гидролизу алюмината натрия.

Na₂O •Al₂O₃ + 4H₂O  2NaOH + 2Al(OH)₃ ↓

Процесс ускоряют добавляя кристаллы гидроксида алюминия в качестве затравки.

Продолжительность декомпозиции 50 – 75 часов при медленном перемешивании.

Выделение гидроксида алюминия

Пульпу подают в гидроциклоны, где кристаллы гидроксида алюминия разделяются по классам крупности. При этом выделяют продукционную часть осадка, которая на 50-60% состоит из частиц размером более 50 мкм.

Более мелкие частицы возвращают на декомпозицию. Из гидроциклонов продукционную часть осадка направляют на вакуум-фильтры на обезвоживание.

Упаривание маточного раствора

Маточный раствор подвергают упариванию с целью выделения излишков воды из процесса. В результате получают пульпу, содержащую кристаллы Na₂CO₃ . Ее подвергают каустизации:

Na₂CO₃ +Ca(OH)₂  2NaOH + CaCO₃ ↓

Карбонат кальция отделяют отстаиванием, а осветленный раствор возвращают на стадию выщелачивания.

Обезвоживание гидроксида алюминия

Осадок образующийся на вакуум-фильтре подают в трубчатые печи или печи кипящего слоя, где идет разложение гидроксида алюминия при температуре 1200 ⁰С:

2Al(OH)₃  Al₂O₃ + 3H₂O

Степень извлечения глинозема составляет 85-87% .На производство 1т глинозема расходуется 2-2,5 т боксита, 70-90 кг NaOH, 120 кг извести, 280 кВт часов электроэнергии.

Если бокситы содержат > 3% SiO₂, то применяют химико-термические методы, например, метод спекания.

Смесь боксита, соды и известняка нагревают до 1100-1200⁰ во вращающихся трубчатых печах, при этом идут следующие реакции:

SiO₂ + 2CaCO₃  SiO₂•2CaO + 2CO₂ ↑

Na₂CO₃ + Al₂O₃  Na₂O•Al₂O₃ + CO₂ ↑

Затем полученный спек размалывают и проводят выщелачивание горячей водой. При этом алюминат натрия растворяется, а кремний остается в спеке, т.к. силикат кальция практически нерастворим. Дальнейшая переработка ведется также, как в методе Байера.