Технология получения глинозема. Способ спекания

Технология получения глинозема. Способ спекания
Отличительной особенностью способа спекания от чисто гидрометаллургического является операция спекания -пирометаллургический передел. Цель этой операции - связать кремний в малорастворимые при последующей гидрометаллургической переработке соединения, чтобы затем на стадии выщелачивания спека вывести кремний из процесса. С увеличением содержания SiO₂ переработка боксита по способу Байера становится экономически невыгодной, т.к. значительно увеличиваются потери щелочи и алюминия с красным шламом. Бокситы с кремневым модулем меньше 6-7 единиц экономически целесообразнее перерабатывать по способу спекания. Способом спекания перерабатывают бокситы (с получением бокситового спека), нефелиновые концентраты и руды (нефелиновый спек), байеровские шламы последовательного способа Баер-спекание (шламовый спек) и каолины или алюмокальциевые шлаки (алюмокальциевый саморассыпающийся спек). Суть способа спекания заключается в термической обработке шихты с получением спека, с образованием алюмината натрия Na₂O·Al₂O₃, феррита натрия Na₂O·Fe₂O₃ и двухкальциевого силиката 2CaO·SiO₂ (ортосиликата кальция). Идеи связать минералы алюминия в растворимую форму – алюминат натрия (Ле-Шателье), а основную наиболее вредную примесь SiO₂ – в малорастворимый силикат (Мюллер) имеют более чем 150-летнюю историю. Эти идеи лежат в основе способа переработки глиноземсодержащего сырья – бокситов, нефелинов, каолинов – спеканием. Получаемый спек выщелачивают, и в раствор переходят полезные компоненты Al₂O₃ и Na₂O. Однако в связи с тем, что ортосиликат кальция, частично взаимодействуя с алюминатным раствором, разлагается и загрязняет алюминатный раствор кремнеземом SiO₂, требуется передел двухстадииного обескремнивания с удалением из раствора: на первой стадии – гидроалюмосиликата натрия и на второй – гидрограната кальция. Очищенный от кремния раствор подвергается разложению карбонизацией (или декомпозицией), в ходе которой образуются А1(ОН)₃ и раствор карбонатов. Гидроксид алюминия направляется на кальцинацию с получением оксида алюминия, а карбонатный маточник после выпарки идет в начало процесса на приготовление шихты (для бокситов) или на глубокую выпарку с получением соды и поташа как конечных продуктов. Также применяется и остающийся после выщелачивания белитовый шлам, который идет на получение цемента, что создает условия для создания комплексной безотходной технологии переработки нефелинов. Способ спекания включает в себя следующие технологические операции:

1. 
   приготовление шихты;
   
2. 
   спекание шихты с получением спека;
   
3. 
   измельчение и выщелачивание спека - состоит в извлечении из спека алюмината натрия и щелочи;
   
4. 
   обескремнивание выщелоченной пульпы;
   
5. 
   отделение алюминатного раствора от красного шлама и промывка красного шлама;
   
6. 
   разложение алюминатного раствора;
   
7. 
   отделение маточного раствора от гидроксида алюминия;
   
8. 
   упаривание спекового раствора и выделение содосульфатной смеси;
   
9. 
   прокалка гидроксида алюминия с получением глинозема;
   
10. 
    узел выгрузки, хранения и ввода в процесс кальцинированной соды.
    

При переработке боксита по способу спекания используют двух- и трехкомпонентную шихту – боксит + сода + известь или боксит + сода. Спекание – высокотемпературный обжиг шихты при t = 1200-1300 °С. Соединения алюминия при спекании связываются в растворимый в воде алюминат натрия, железо переходит в феррит натрия, кремнезем переходит в малорастворимое соединение – двухкальциевый силикат. Спеки, по физическому признаку, делят на плав, частично оплавленный, пористый и недопек. Факторы влияющие на качество спека:

1. 
   Температура спекания
   
2. 
   Крупность частиц бокситовой шихты
   
3. 
   Дозировка содовой составляющей шихты
   
4. 
   Наличие соединений серы
   

Газовый поток, проходя по печи со скоростью 3,0-4,0 м/сек (расчетная), уносит из печи до 50 % подаваемой в печь оборотной пыли. Улавливание вынесенной из печи пыли (шихты) производится системой газоочистки и пылевозврата, в состав которой входят следующие агрегаты: пылевая камера 6; батарея циклонов 7 (по 2 батареи из 6-8 циклонов); электрофильтр 8; скруббер двухступенчатой очистки газов – 1 на каждую печь. Транспортировка газов через печь и систему газоочистки осуществляется дымососом. Отходящие газы выбрасываются в атмосферу. Уловленная в пылевой камере, батарейных циклонах и электрофильтрах пыль шнеками подается в приемный бункер элеватора и с его помощью возвращается в холодную головку печи. Контроль за процессом спекания, как правило, осуществляют по температуре и составу отходящих газов. Температура отходящих газов в образе печи – 320-420 °С; содержание в отходящих газах О₂ – 1,5-2,5 %, СО ≤ 0,4-0,6 %, СО₂ – 25-27 %. Количество воздуха, необходимого для горения, определяется по содержанию О₂ в отходящих газах.
Трубчатая вращающаяся печь (ТВП) представляет собой стальной барабан толщиной от 20-70 мм, изнутри печь футерована огнеупорным кирпичом, основным материалом служит шамод, высокотемпературные зоны печей выкладывают из хромомагнезитового и магнезитового огнеупорного кирпича толщина футеровки от 230-250 мм, диаметр барабана одинаков, уклон от 1°до 5°. На корпусе печи укреплены бандажи (стальные отточенные кольца), которыми он опирается на опорные ролики. Вал каждого ролика установлен в подшипниках, укрепленных в стальной раме, которая связана с массивным железобетонным фундаментом. Печь приводится во вращение от электродвигателя, скорость вращения барабана 1-2 оборота в минуту. Нижним горячим концом печной барабан входит в топливную головку печи. Верхним холодным концом в загрузочную головку, которая имеет устройство для загрузки гидроксида и отверстие для выхода топочных газов. Топливная головка спереди имеет отверстия для форсунок или горелок, а также смотровые и рабочие окна. В нижней части топливной головки расположена печка, через которую проколенный глинозем пересыпается в холодильник. В качестве топлива для ТВП используют мазут и природный газ. Мазут подается нагретым до 90-110°С. ТВП работает по принципу противотока - нагреваемый материал вследствие наклона печного барабана и его вращения движется на встречу горячим топочным газам, которые при этом охлаждаются, а материал нагревается.