Добавлен: 04.12.2023
Просмотров: 558
Скачиваний: 5
ВНИМАНИЕ! Если данный файл нарушает Ваши авторские права, то обязательно сообщите нам.
СОДЕРЖАНИЕ
Актуальность темы исследования
Теоретическая и практическая значимость работы
Методология и методы диссертационного исследования
Положения, выносимые на защиту:
Степень достоверности и апробация результатов
Способы переработки низкокачественных высококремнистых бокситов
Образование продуктов обескремнивания с низким содержанием щелочи.
Гидрохимическая обработка красного шлама известью.
Пути усовершенствования комбинированного способа Байер-
Постановка задачи исследования
Влияние пыли электрофильтров на процесс сгущения красных шламов
Глава 4. Предлагаемая технологическая схема и ее финансово- экономическая оценка
виду боксита.
Во всех разновидностях процесса спекания сырье подвергается нагреву вместе с химикатами (обычно это сода) с целью проведения твердофазных реакций. Затем выполняется щелочное выщелачивание с разделением глинозема от нерастворимых примесей. В случае получения глинозема в промышленных масштабах – это процесс спекания с известняком и содой и процесс спекания с известью.
В способах спекания с известью в качестве добавки выступают соли кальция, чаще всего кальцит. Шихта нагревается до температуры разложения кальцита, и при этом протекают твердофазные реакции между известью и глинозем содержащими минералами, а также между известью и алюмосиликатами. Обычно процесс спекания проводят при температуре 1150 оС и выше [5]. Шихта подбирается таким образом, чтобы при спекании получались необходимые соединения кальция, которые после охлаждения могут быть выщелочены в
щелочном растворе, чаще всего в содо-щелочном растворе. Далее из раствора выделяют гидроксид алюминия декомпозицией или карбонизацией.
В процессе спекания с содой и известняком помимо кальцита в шихту добавляются соли натрия (чаще всего кальцинированная сода). В 1902 году Пакад детально исследовал химические соединения [4], получаемые при спекании, и пришел к выводу, что кальцит нужно добавлять в шихту из расчета на образование двухкальциевого силиката – (CaO)2∙SiO2. Тогда впервые появились понятия
«известковый модуль шихты» - молярное отношение СaO к SiO2, и щелочной модуль шихты – молярное
отношение Na2O к Al2O3 и Fe2O3.
При спекании шихты протекают следующие химические реакции:
2 3 2 2 2
2 2 3 2 2 2
2 3 2 3 2 2 3 2
2 3 2 3 2 2 3 2
Al O Na CO 7001150о СNa O Al O CO Fe O Na CO 7001000о СNa O Fe O CO SiO Na CO 550850о СNa O SiO CO SiO 2CaCO 9001150о С(CaO) SiO 2CO
2 3 2 3 2 2 2 3 2
Al O 2SiO 4CaCO 9001150о С2(CaO) SiO Al O 4CO
(1.4)
(1.5)
(1.6)
(1.7)
(1.8)
Данный список не показывает всех реакций протекающих при спекании, кроме того для ясности многие соединения представлены в виде оксидов. Алюминат и феррит натрия растворимы в воде, но в отличие от алюмината феррит натрия в воде сразу превращается в гидроксид железа с образованием каустической щелочи, которая в свою очередь помогает стабилизировать алюминат натрия в растворе.
В литературе имеется огромное количество информации по способу спекания, так как он начал применяться в промышленных масштабах в СССР с 1931 года (Волховский глиноземный завод), с 1938 года введен в эксплуатацию Тихвинский глиноземный завод, в основу которого положена разработанная В.Я. Мазелем мокрая схема спекания [4]. В Китае первый завод, использующий
спекание для производства глинозема, был построен в первой половине 1950-х годов [48]. С тех пор к 2001 году было построено еще 4 завода использующих спекание или комбинированный метод.
Подробный
обзор по способу спекания приводится О’Конором [49], полезные данные по спеканию низкокачественных бокситов приводятся в серии ICSOBA [36,50,51], позднее исследования по оптимизации процесса применительно к диаспоровым бокситам описаны китайскими учеными [48,52,53]. В России исследования по спеканию больше относятся к комбинированным способам или спеканию небокситового сырья, о которых будет вестись речь позднее.
Основным недостатком способа спекания являются высокие энергетические затраты, так как при производстве глинозема классическим способом Байера из латеритных бокситов на тонну продукта затрачивается около 11-13 ГДж, а при производстве глинозема способом спекания – около 38 ГДж/т Al2O3 [54]. Поэтому сомнительно, что новые предприятия, перерабатывающие бокситы, будут использовать такой устаревший процесс, если только на это не вынуждает низкокачественное собственное сырье. Кроме того при выщелачивании спека в раствор переходит большое количество кремнезема, что требует дополнительных затрат на глубокую очистку раствора [36, 55-61].
7
-
Способы, заключающиеся в модифицировании процесса Байера с целью исключения образования ГАСНа либо с целью образования продуктов с низким содержанием связанной щелочи.
Процесс спекания
Во всех разновидностях процесса спекания сырье подвергается нагреву вместе с химикатами (обычно это сода) с целью проведения твердофазных реакций. Затем выполняется щелочное выщелачивание с разделением глинозема от нерастворимых примесей. В случае получения глинозема в промышленных масштабах – это процесс спекания с известняком и содой и процесс спекания с известью.
В способах спекания с известью в качестве добавки выступают соли кальция, чаще всего кальцит. Шихта нагревается до температуры разложения кальцита, и при этом протекают твердофазные реакции между известью и глинозем содержащими минералами, а также между известью и алюмосиликатами. Обычно процесс спекания проводят при температуре 1150 оС и выше [5]. Шихта подбирается таким образом, чтобы при спекании получались необходимые соединения кальция, которые после охлаждения могут быть выщелочены в
щелочном растворе, чаще всего в содо-щелочном растворе. Далее из раствора выделяют гидроксид алюминия декомпозицией или карбонизацией.
В процессе спекания с содой и известняком помимо кальцита в шихту добавляются соли натрия (чаще всего кальцинированная сода). В 1902 году Пакад детально исследовал химические соединения [4], получаемые при спекании, и пришел к выводу, что кальцит нужно добавлять в шихту из расчета на образование двухкальциевого силиката – (CaO)2∙SiO2. Тогда впервые появились понятия
«известковый модуль шихты» - молярное отношение СaO к SiO2, и щелочной модуль шихты – молярное
отношение Na2O к Al2O3 и Fe2O3.
При спекании шихты протекают следующие химические реакции:
2 3 2 2 2
2 2 3 2 2 2
2 3 2 3 2 2 3 2
2 3 2 3 2 2 3 2
Al O Na CO 7001150о СNa O Al O CO Fe O Na CO 7001000о СNa O Fe O CO SiO Na CO 550850о СNa O SiO CO SiO 2CaCO 9001150о С(CaO) SiO 2CO
2 3 2 3 2 2 2 3 2
Al O 2SiO 4CaCO 9001150о С2(CaO) SiO Al O 4CO
(1.4)
(1.5)
(1.6)
(1.7)
(1.8)
Данный список не показывает всех реакций протекающих при спекании, кроме того для ясности многие соединения представлены в виде оксидов. Алюминат и феррит натрия растворимы в воде, но в отличие от алюмината феррит натрия в воде сразу превращается в гидроксид железа с образованием каустической щелочи, которая в свою очередь помогает стабилизировать алюминат натрия в растворе.
В литературе имеется огромное количество информации по способу спекания, так как он начал применяться в промышленных масштабах в СССР с 1931 года (Волховский глиноземный завод), с 1938 года введен в эксплуатацию Тихвинский глиноземный завод, в основу которого положена разработанная В.Я. Мазелем мокрая схема спекания [4]. В Китае первый завод, использующий
спекание для производства глинозема, был построен в первой половине 1950-х годов [48]. С тех пор к 2001 году было построено еще 4 завода использующих спекание или комбинированный метод.
Подробный
обзор по способу спекания приводится О’Конором [49], полезные данные по спеканию низкокачественных бокситов приводятся в серии ICSOBA [36,50,51], позднее исследования по оптимизации процесса применительно к диаспоровым бокситам описаны китайскими учеными [48,52,53]. В России исследования по спеканию больше относятся к комбинированным способам или спеканию небокситового сырья, о которых будет вестись речь позднее.
Основным недостатком способа спекания являются высокие энергетические затраты, так как при производстве глинозема классическим способом Байера из латеритных бокситов на тонну продукта затрачивается около 11-13 ГДж, а при производстве глинозема способом спекания – около 38 ГДж/т Al2O3 [54]. Поэтому сомнительно, что новые предприятия, перерабатывающие бокситы, будут использовать такой устаревший процесс, если только на это не вынуждает низкокачественное собственное сырье. Кроме того при выщелачивании спека в раствор переходит большое количество кремнезема, что требует дополнительных затрат на глубокую очистку раствора [36, 55-61].