Производство глинозема по способу Байера Лекция 4

Минералы алюминия n В природе встречается более 250 минералов алюминия. В основном они представлены алюмосиликатами и оксидами алюминия. n Минералы алюминия делятся на две группы: Первичные – образовавшиеся при кристаллизации магмы и её производных (ортоклаз, альбит, лейцит, нефелин, андалузит, дистен, силлиманит, кианит, шпинели, корунд) Вторичные – образовавшиеся под воздействием процессов выветривания в земной коре (каолинит, гидрослюды, алунит, гидроксиды алюминия) n n

Алюминийсодержащие минералы Химическая формула Основные компоненты, % Минерал Al 2 O 3 Si. O 2 R 2 O Al 2 O 3 100 - - Корунд Al. OOH (Al 2 O 3∙H 2 O) 85, 0 - - Диаспор, бёмит Al(OH)3 (Al 2 O 3∙ 3 H 2 O) 65, 4 - - Гиббсит (гидраргиллит), байерит, нордстрандит Al 2 O 3∙Si. O 2 63, 0 37, 0 - Андалузит, дистен, силлиманит, кианит Al 2 O 3∙ 2 Si. O 2∙ 2 H 2 O 39, 5 46, 4 - Каолинит K 2 O∙ 3 Al 2 O 3∙ 6 Si. O 2∙ 2 H 2 O 38, 5 45, 2 9, 7 (Mg, Al, Fe 2+, Fe 3+)∙(Si, Al)4(OH, F)4 21, 1 -27, 7 16 -30 - (Na, K)2 O∙Al 2 O 3∙ 2 Si. O 2 32, 3 -36, 0 38, 0 -42, 3 19, 6 -21, 0 Нефелин K 2 SO 4∙Al 2(SO 4)3∙ 4 Al(OH)3 37, 0 - 11, 3 Алунит K 2 O∙Al 2 O 3∙ 4 Si. O 2 23, 5 55, 1 21, 5 Лейцит K 2 O∙Al 2 O 3∙ 6 Si. O 2 18 65 17 Ортоклаз Na 2 O∙Al 2 O 3∙ 6 Si. O 2 20 68 12 Альбит Гидрослюда (мусковит) Хлориты (шамозиты)

Основные руды алюминия n Бокситы n Нефелины n Алуниты n Глины n Каолины n Кианиты

n Боксит – сложная горная порода, состоящая из оксидов и гидроксидов Al, Fe, Si и Ti. Бокситы также содержат карбонаты Ca и Mg, гидросиликаты, хлориты, сульфиды и сульфаты (в первую очередь железа), органические соединения (гумины и гуматы). n Примерный состав боксита, % по массе: Al 2 O 3 – 27÷ 54 %; Fe 2 O 3 – 0÷ 27 %; Si. O 2 – 0, 5÷ 19 %; Ti. O 2 – 1÷ 8 %.

n Массовое соотношение между алюминием и кремнием показывает качество боксита и называется кремневым модулем: μsi=m /m. Si. O Al O 2 3 2 Если μSi>7(6) – боксит высокого качества (может перерабатываться по способу Байера) n Если μSi<7(6) – боксит низкого качества и перерабатывается по способу спекания. n

Классификация бокситов Марка боксита Б %Al 2 O 3 Применение ЭБ 1 41 - Производство электрокорунда высоких марок ЭБ 2 31 43 Производство электрокорунда средних марок ЦБ 1 31 34 Производство глиноземистого цемента ЦБ 2 0 28 Производство цемента ОБ 6 - Производство огнеупоров ГБ 6 28 Производство глинозема МБ 0 28 Мартеновское производство стали Б = %Al 2 O 3 – 2. %Si. O 2 – показатель качества боксита

Генезис (происхождение) бокситов n Остаточные бокситы образовались в результате выветривания горных пород содержащих алюмосиликаты. В них алюминий находится преимущественно в виде легковскрываемого гиббсита. Такие бокситы располагаются недалеко от поверхности земли и добываются открытыми способами. Области нахождения: Гвинея, Австралия, Индия, Ямайка, … n Осадочные бокситы образовались в результате различных гидротермальных процессов при высокой температуре и давлении. Часто алюминий находится в них в виде трудновскрываемого диаспора. Нередко эти бокситы приходится добывать при помощи подземных выработок. Области нахождения: Россия.

Основные бокситовые провинции мира: 1– Африка; 2 – Австралия; 3 – Карибский регион и Южная Америка; 4 – Индия; 5 – Китай; 6 – Юго-востояная Азия; 7 – Средиземноморский регион; 8 – страны СНГ.

Схема глиноземных заводов СНГ Глиноземные заводы и проектная мощность (т/год): 1. Ачинский глиноземный комбинат АГК (Ачинск) - 980, 000 2. Богословский алюминиевый завод БАЗ (Краснотурьинск) - 1, 000 3. Уральский Алюминиевый завод УАЗ (Каменск-Уральский) - 600, 000 4. Бокситогорский глиноземный завод (Бокситогорск) - 200, 000 5. Пикалевское производственное объединение ППГО "Глинозем" (Пикалево) - 260, 000 6. "Павлодарский Алюминиевый завод" (Павлодар) - 1, 400, 000 7. Запорожский алюминиевый комбинат ЗАл. К (Запорожье) - 245, 000 8. Николаевский глиноземный завод НГЗ (Николаев) - 1, 000 9. Гянджийский глиноземный комбинат ГГК (Гянджа)- 450, 000

Характеристика бокситовых месторождений Месторождение Северо-Уральское Южно-Уральское Тургайское Северо-Онежское Висловское Средне-Тиманское Гвинейское (Дебеле) Ямайское Содержание, % Al 2 O 3 Fe 2 O 3 Si. O 2 48 -54 21 -23 2 -8 50 -53 21 -22 5 -10 42 -44 16 -20 9 -11 51 -54 6 -9 17 -19 48 -52 14 -17 7 -9 45 -50 5 -12 43 -45 25 -27 1, 6 -2, 6 27 -28 17 -18 0, 5 -0, 8 µSi 6 -22 5 -11 4 -5 2, 5 -3 5 -8 4 -7 17 -28 34 -56

Байер-гидрохимический способ Спекание Байер-спекание последовательный вариант Щелочные Байер-спекание параллельный вариант Нефелинов Электротермические Способ Гжимека – бесщелочного Al сырья Гидрохимические Шлаков на основе трех (четырех) компонентных шихт Бокситов на основе двух (трех) компонентных шихт Пономарева-Сажина Химическое обогащение Байер Способы переработки Кислотные Комбинированные

Способ Байера Боксит Известь Оборотный р-р Мокрый размол Щелочь Сырая пульпа Выщелачивание Крепкая пульпа Промывная вода Разбавленная пульпа Шлам Сгущение Промывка Разбавление Выпарка Маточный р-р Алюминатный р-р Декомпозиция Гидроксид алюминия Затравка Шлам Промывка гидрата Вода Гидроксид алюминия Кальцинация гидрата Глинозем Подшламовая вода Красный шлам в отвал

Складирование боксита Боксит Приходной склад Базисный склад Оперативный склад

Переработка боксита Боксит Крупное дробление «-» Классификация Среднее дробление «-» Классификация Оборотный р-р Мокрый размол Сырая пульпа

Схема дробления

Выщелачивание – процесс избирательного перевода ценного компонента из твердой фазы в раствор. Температура выщелачивания для: - гиббситовых бокситов – 80 -110 о. С; - бемитовых бокситов – 160 -190 о. С; - диаспоровых бокситов – 220 -240 о. С.

Реакции Al(OH)3 + Na. OH = Na. Al(OH)4 Al. OOH + Na. OH + H 2 O = Na. Al(OH)4

Факторы, влияющие на процесс выщелачивания 1) температура выщелачивания; 2) концентрация щелочи; 3) каустические модули оборотного и алюминатного растворов; 4) тонина помола; 5) скорость перемешивания пульпы; 6) добавка извести.

Молекулярное соотношение между натрием и алюминием называется каустическим модулем: αк= m(Na 2 O)/M(Na 2 O) m(Al 2 O 3)/M(Al 2 O 3) Величина является характеристикой алюминатного раствора. Алюминатные растворы с каустическим модулем меньше ЕДИНИЦЫ не существует!

Крепкая пульпа Промывная вода Разбавленная пульпа Шлам Сгущение Промывка Разбавление Шлам Алюминатный р-р Подшламовая вода Красный шлам в отвал

Цели процесса разбавления: ► Уменьшение вязкости и плотности раствора. ► Достижение необходимой степени пересыщения алюминатного раствора. ► Уменьшение растворимости силиката натрия

Обескремнивание 2 Na. Al(OH)4 + 2 Na 2 Si. O 2(OH)2 + n. H 2 O = Na 2 O∙Al 2 O 3∙ 2 Si. O 2∙n. H 2 O + 4 Na. OH

Сгущения красного шлама – отделение частиц красного шлама от алюминатного раствора под действием силы тяжести Закон Стокса:

Промывная вода на разбавление Разбавленная пульпа Промывка Фильтр На декомпозицию Сгуститель Промыватели Подшламовая вода Красный шлам Шламовое поле

Контрольная фильтрация Декомпозиция Затравка Классификация Гидратная пульпа Белая фильтрация

Декомпозиция – процесс гидролитического разложения алюминатного раствора в присутствии большого количества затравочного гидроксида алюминия Na. Al(OH)4 + n. Al(OH)3 = Na. OH + (n+1)Al(OH)3

Факторы, влияющие на процесс декомпозиции: 1. Количество и качество затравки. Количество затравки определяется затравочным отношением:

2. Температурный режим процесса 3. Концентрация алюминатного раствора 4. Каустические модули исходного и конечного алюминатного растворов 5. Перемешивание 6. Примеси

Оборотный раствор Выпарка Классификация Маточный раствор Гидратная пульпа Белая фильтрация Гидроксид алюминия Кальцинация Глинозем

Цели выпарки n n Увеличить концентрацию раствора по щелочи Удалить органические примеси

Кальцинация – термическое разложение гидроксида алюминия с получением глинозема

Схема барабанной вращающейся печи 1 2 3 1 – зона нагрева 2 – зона дегидратации 3 – зона кальцинации 4 – зона охлаждения 4

Качество глинозема определяется: Чистотой n Дисперсностью n Фазовым составом n

Физические свойства промышленных глиноземов Свойства Тип глинозема мучнистый песочный Недообожженный % фракции (-45 мкм) 20 -50 10 10 -20 50 80 -100 50 -80 Угол естественного откоса >45º 30 -35º 30 -40º Удельная поверхность, м 2/г <5 35 35 Абсолютная плотность, г/см 3 3, 90 макс. 3, 70 Насыпная масса, г/см 3 <0, 75 >0, 85 Средний размер частиц

Технические требования к глинозему и области его преимущественного применения (ГОСТ 30558 -98) Массовая доля примесей, % Марка Si. O 2 Fe 2 O 3 Ti. O 2+ V 2 O 5 + Cr 2 O 5+ Mn. O Zn. O P 2 O 5 R 2 O в пересч. на Na 2 O ппп % α-Al 2 O 3 % Применение Г-000 0, 02 0, 01 0, 001 0, 3 0, 6 - Производство высших марок алюминия электролизом и специальных видов керамики Г-00 0, 02 0, 03 0, 01 0, 002 0, 4 1, 2 - –//– Г-0 0, 03 0, 05 0, 02 0, 002 0, 5 1, 2 - –//– - Производство средних марок алюминия электролизом - Производство низких марок алюминия электролизом Г-1 Г-2 0, 05 0, 08 0, 04 0, 02 0, 03 - 0, 03 0, 02 0, 002 0, 4 0, 5 1, 2