Автор работы: Пользователь скрыл имя, 10 Января 2013 в 16:55, реферат
Алюминатные растворы после выщелачивания спека с СА12О3 = 80÷100 г/дм3 имеют низкий кремневый модуль (μSi = 20÷50), что не позволяет получить из таких растворов удовлетворяющий потребителей А12О3. Глинозем является основным исходным материалом в производстве алюминия электролитическим путем. К глинозему в этом случае предъявляется ряд требований, которые должны учитываться при разработке технологии методов, применяемых для извлечения его из тех или иных алюминиевых руд. Глинозем прежде всего должен отличаться высокой степенью чистоты, так как примеси окислов элементов
Обескремнивание алюминатных растворов
Алюминатные растворы после выщелачивания спека с СА12О3 = 80÷100 г/дм3 имеют низкий кремневый модуль (μSi = 20÷50), что не позволяет получить из таких растворов удовлетворяющий потребителей А12О3. Глинозем является основным исходным материалом в производстве алюминия электролитическим путем. К глинозему в этом случае предъявляется ряд требований, которые должны учитываться при разработке технологии методов, применяемых для извлечения его из тех или иных алюминиевых руд. Глинозем прежде всего должен отличаться высокой степенью чистоты, так как примеси окислов элементов более электроположительных, чем алюминий таких как кремнезем(SiO2) будут в первую очередь разлагаться при электролизе, загрязняя получаемый алюминий. Поэтому перед разложением растворы подвергают специальной операции обескремниванию. Эта очистка от кремнезема необходима, поскольку в большинстве применяемых схем, перерабатывающих глиноземсодержащее сырье по способу спекания, для разложения алюминатных растворов применяется глубокая карбонизация. Кремневый модуль раствора перед карбонизацией для получения высококачественного гидроксида А1 должен быть не менее 5000.
В результате таких реакций, как:
2CaO×SiO2 + 2NaOH + 3H2O = Na2O×SiO2(OH)2 +2Ca(OH)2 ;
2CaO×2SiO2 + 2Na2CO3 +2H2O = 2CaCO3 + Na2SiO2(OH)2 +2NaOH
кремнезем частично переходит в раствор и образуется гидроксид и карбонат
кальция вследствие чего кремневый модуль раствора снижается.
При очистке раствора от SiO2 до остаточного содержания кремнезема
ниже 0,01 г/л кремневый модуль повышается выше 5000 ед. Это обеспечивает получение высококачественного гидроксида алюминия с небольшой примесью кремния.
Обеcкремнивание проводится в две стадии.
Первая стадия основана на выделении из раствора кремнезема в виде гидроалюмосиликата натрия(ГАСНа), имеющего при температурах выше 140 оС состав: Na2O×Al2O3×1,7SiO2×nH2O.
Этот процесс осуществляется в автоклавах при температуре 150-170 °С в течении 1,5–2 часов в присутствии оборотной (до 100 г/дм3) затравки в виде гидроалюмосиликата натрия.
При выщелачивании нефелиновых спеков образуются смешанные натрий-калиевые алюминатные растворы. Присутствие К2О отрицательно влияет на скорость и глубину обескремнивания, поскольку у гидроалюмосиликатов калия растворимость выше, чем у ГАСНов. Отмечено некоторое обогащение калием смешанных Na-K-растворов после первой стадии обескремнивания.
Лимитирующей стадией на начальном этапе обескремнивания первой стадии является кинетическая. Об этом свидетельствует величина энергии активации, равная 84 кДж/моль, и порядок реакции, близкий ко второму. Со временем процесс смещается в переходную, а затем и в диффузионную область. Поэтому важным фактором, влияющим на скорость всего процесса, становится перемешивание.
Полученный после первой стадии обескремнивания алюминатный раствор имеет кремневый модуль 300-400 ед. В растворе остается 0,15 – 0,2 г/л SiO2. Такая глубина очистки недостаточна для получения гидроксида высокого качества при высокой степени разложения алюминатных растворов.
В схеме способа спекания
алюминатный раствор
Другая часть раствора после первой стадии обескремнивания, отделения белого шлама и контрольной фильтрации направляется на вторую стадию очистки от кремнезема –глубокое обекремнивание.
Вторую стадию обескремнивания проводят в мешалках с добавкой синтезированного гидрокарбоалюмината кальция : 4CaO×Al2O3×CO2×11H2O.
3Са(ОН)2 + 2NaAl(OH)4 + Na2CO3 ↔ 4CaO×Al2O3×CO2×11H2O + 4NaOH.
Гидрокарбоалюминат кальция - 4CaO×Al2O3×CO2×11H2O (ГКАК) – готовят путем взаимодействия гашеной извести («известкового молока» - Ca(OH)2) с алюминатными растворами после глубокого обескремнивания (после второй стадии обескремнивания). Наиболее благоприятными условиями для синтеза ГКАК являются:
-CaO/Al2O3 мол. = 2;
-CO2/Al2O3 мол. = 0,35 – 0,5;;
-Температура – 50-55 °С.
Известковое молоко готовится на оборотной воде глиноземного производства и проходит очистку от песков на гидроциклонах. Верхний слив с гидроциклонов – известковое молоко – откачивается в мешалку, где выдерживается 8-12 часов.
На узле приготовления карбоалюминатов устанавливается дополнительный теплообменник типа «труба в трубе» для охлаждения известкового молока. В качестве охлаждающего агента используется техническая вода с температурой 20-25°С. Охлажденное в теплообменнике известковое молоко поступает в аппарат для синтеза карбоалюминатов: вакуум-охладитель. Туда же подается алюминатный раствор.
Низкую температуру - 50-55 °С при синтезе ГКАК обеспечивают используя, например, вакуум-охладитель для охлаждения обескремненного алюминатного раствора.
Гидрокарбоалюминат кальция - 4CaO×Al2O3×CO2×11H2O на второй стадии обескремнивания добавляют из расчета CaO в растворе 3-8 г/дм3 и обескремнивание ведут при t=90–95 °С в течении 1,5 – 2 часов. В результате происходящих взаимодействий образуется малорастворимый гидроалюмосиликат кальция (гидрогранат) состава: 3CaO×Al2O3×mSiO2×(6-
158 2m)H2O, где m=0,1-0,4, а кремневый модуль становится выше 5000 ед. Суммарную реакцию обескремнивания можно выразить соотношением:
4CaO×Al2O3×CO2×11H2O + mNa2SiO2(OH)2 = 3CaO×Al2O3×mSiO2×(6-2m)H2O + 2mNaOH + CaCO3 + (5 + 2m) H2O
Шлам после второй стадии обескремнивания может быть использован как затравка на первой и второй стадии обескремнивания, использоваться для получения специальных сортов цемента или возвращаться на приготовление шихты.
В гидрогранатовом шламе от второй стадии обескремнивания содержится до 26 % А12О3. Возврат такого шлама на спекание ведет к большому обороту глинозема и к снижению в конечном итоге товарного выхода. Поэтому перед возвратом шлама второй стадии на спекание осуществляется содовая обработка (регенерация) такого шлама по реакции:
3СаО•А12О3•mSiO2•(6 – 2m)Н2О + 3Na2CO3 + 2mН2О = 2СаСО3 + mNa2SiO2(OH)2 + 2NaAl(OH)4 + 2(2-m)NaOH.
Оксид алюминия при этом переходит из шлама в раствор, одновременно происходит каустификация соды. Полученный раствор используется для повышения αк раствора для выщелачивания спека, а шлам, содержащий до 85 % СаСО3, большей частью идет в отделение приготовления шихты или на вторую стадию обескремнивания вместо извести.
Раствор после глубокого обескремнивания имеет модуль кремневый выше 5000 единиц. Его отделяют от шлама и направляют на разложение карбонизацией.
Список используемой литературы