Способ Байера Глиноземный завод Пикалево Выполнили: Зайцева К. Захватова Т. Группа: Мд 13 -3
Способ Байера – это гидрохимический способ получения глинозема из бокситов. Этот способ был открыт в России Карлом Иосифовичем Байером в 1895 -1898 гг. Большой вклад в разработку способа, особенно для выщелачивания бокситов диаспор-бемитового типа, внесли ученые Д. П. Манойлов, Ф. Н. Строков, Ф. Ф. Вольф, И. С. Лилеев, С. И. Кузнецов и др. В настоящее время более 95 % глинозема получают способом Байера. Боксит
Глинозём Глинозем – это технический оксид алюминия Al 2 O 3 – белый кристаллический порошок, состоящий из модификаций α-Al 2 O 3 и γ-Al 2 O 3. Нерастворим в воде; содержит небольшое количество примесей: Si. O 2, Fe 2 O 3, Ti. O 2, V 2 O 5, Сr 2 O 3, Mn. O, Zn. O, P 2 O 5, Na 2 O, K 2 O, H 2 O – в сумме не более 0, 95 -1, 88 % Способ Байера основан на свойстве алюминатных растворов находиться в метастабильном (относительно устойчивом) состоянии при повышенных температурах и концентрациях (Na 2 OK и Al 2 O 3) и на самопроизвольном разложении (гидролизе) растворов с выделением в осадок гидроксида алюминия с понижением температуры и концентрации Na 2 OK. Глинозем металлургический
Суть способа Байера состоит в выщелачивании предварительно измельченного боксита щелочно-алюминатным раствором и дальнейшем выделении из раствора гидроксида алюминия. Алюминийсодержащие минералы взаимодействуют с раствором каустической щелочи (Na. OH), в результате чего алюминий переходит в раствор в виде алюмината натрия. В основе способа лежат реакции: Al 2 O 3·n. H 2 Oтв + 2 Na. OHр-р + (3 -n)H 2 Oр-р→ 2 Na. Al(OH)4 р-р ; (1) Na. Al(OH)4 р-р ↔ Al(OH)3 тв + Na. OHр-р. (2) По реакции первой происходит растворение минералов боксита (гиббсита, бёмита, диаспора) в щелочном растворе. Реакция вторая соответствует процессу разложения насыщенного алюминатного раствора. Раствор алюмината натрия
В зависимости от состава боксита и местных условий могут быть различные варианты этой схемы. Технологические параметры способа Байера (температуры, концентрации растворов и т. д. ) могут колебаться в относительно большом диапазоне, в зависимости от типа и качества боксита.
Технология способа Байера Поступающий на склад боксит после крупного и среднего дробления смешивают с небольшим объемом оборотного щелочного раствора (ж: т = 0, 8‑ 1, 9) и направляют в мельницу мокрого размола. Такое низкое отношение ж: т в мельнице обеспечивает максимальную ее производительность. К диаспоровому бокситу добавляют 3 -5 % извести. Мельницы обычно работают в замкнутом цикле с классификаторами, которые иногда заменяют или дополняют гидроциклонами. Пульпа из мельниц – «сырая» пульпа –собирается в сборниках, куда подают остальное количество оборотного раствора с Na 2 OK = 300 г/л. Здесь ее нагревают паром сепарации до 90 -100 °С и выдерживают 4 -8 часов при перемешивании для предварительного обескремнивания боксита, т. е. перевода большей части активного кремнезема из боксита в раствор: Si. O 2 тв + 2 Na. OHр-р = Na 2 Si. O 3 р-р + H 2 Oр-р (3) и далее в осадок в виде гидроалюмосиликата натрия (ГАСН): 1, 7 Na 2 Si. O 3 р-р+2 Na. Al(OH)4 р-р= Na 2 O·Al 2 O 3· 1, 7 Si. O 2·n. H 2 O↓тв+3, 4 Na. OHр-р+1, 3 H 2 Oр-р. (4) Этим достигается меньшее зарастание алюмосиликатной накипью трубок подогревателей, через которые пульпа проходит в автоклавы.
Далее «сырая» пульпа поршневыми насосами подается в систему подогревателей, где пульпа сепараторным паром (или вареной пульпой) нагревается до 140 -160 °С. Такое ограничение нагрева пульпы связано с тем, что при более высокой температуре на внутренних поверхностях греющих трубок интенсифицируется процесс выделения осадков, содержащих соединения титана, хрома, кальция, фосфора, в результате чего существенно снижается теплопередача. После нагрева «сырая» пульпа поступает в батарею автоклавов колонного типа для выщелачивания боксита по реакции (1). В первые два автоклава, называемые греющими, поступает «острый» пар с ТЭЦ (Рпар= 28 -30 атм/2, 8 -3 МПа, t = 300 °С), нагревающий пульпу до 230 -240 °С. В последующих реакционных автоклавах (810 шт. ) батареи производится выдержка пульпы, в зависимости от типа боксита, в течение 1, 5 -2, 5 часов. Автоклавы работают в режиме, близком к идеальному вытеснению. Продуктом выщелачивания является так называемая «вареная» пульпа, которая состоит из взвеси: раствора алюмината натрия и нерастворимого остатка боксита – красного шлама. Шламохранилище Николаевского глиноземного завода
Из последнего автоклава батареи «вареная» пульпа (Na 2 O = 290 -295 г/л, Al 2 O 3 = 250 -270 г/л) перетекает в систему сепараторов (пароотделителей) последовательно – сначала в сепаратор I ступени, затем в сепаратор II ступени, где от самоиспарения «вареной» пульпы образуется пар – процесс дросселирования. Высокотемпературный пар сепаратора I ступени (Р = 2, 25→ 0, 6 -07 МПа, t = 165 -170 °С) используется для предварительного нагрева «сырой» пульпы в подогревателях перед автоклавным выщелачиванием, пар сепаратора II ступени (Р = 0, 6 -0, 7→ 0, 160, 2 МПа, t = 125 -130 °С) используется для подогрева «сырой» пульпы или нагрева промводы. (Для более эффективного использования тепловой энергии сепараторного пара рекомендуется использовать 3 - , 4 - и т. д. кратную сепарацию. ) Из последнего сепаратора пульпа поступает в агитатор «вареной» пульпы, где давление снижено до атмосферного, а температура – до 95 -100 °С. Пар с агитатора используется для подогрева в полочном подогревателе барометрической воды до 90 °С, используемой при промывке красного шлама.
«Вареная» пульпа из агитатора насосом подается в мешалки для разбавления промывной водой c Na 2 Oобщ= 45 -50 г/л и αК = 1, 7 -1, 8 до состава Na 2 Oобщ = 140 -150 г/л, Al 2 O 3 = 125 -135 г/л, αК = 1, 6 -1, 7 и µSi = 250 -300 и далее на отделение и промывку красного шлама в систему 4 -5 сгустителей, работающих по принципу противотока при t = 100 -105 °С. Разбавление «вареной» пульпы осуществляют для уменьшения вязкости и дополнительного обескремнивания раствора. Процесс сгущения красного шлама очень медленный, обусловлен осаждением очень мелких частиц и наличием одноименных электрических зарядов на их поверхности. Для ускорения сгущения добавляются специальные вещества – коагулянты и/или флокулянты, которые обеспечивают укрупнение мелких частиц с образованием более крупных агрегатов. Промытый и сгущенный в последнем сгустителе красный шлам откачивается в отвал на шламовое поле; промывные воды используют для разбавления «вареной» пульпы.
Алюминатный раствор (слив) из первого (основного) сгустителя с содержанием твердого 1 -5 г-тв/л подается на контрольную фильтрацию для отделения взвеси шлама, полученный раствор должен содержать не более 0, 01 г-тв/л. Чистый алюминатный раствор (Na 2 Oобщ = 150 -160 г/л, Al 2 O 3 = 125 -135, αК = 1, 65 -1, 7, µSi = 250 -300) охлаждается до 60 -75 °С в теплообменниках и поступает вместе с затравочным гидроксидом алюминия на декомпозицию (разложение) в батарею декомпозеров; температура в «хвостовом» декомпозере – 47 -55 °С. Для ускорения процесса декомпозиции вводят свежеосажденные кристаллы гидроксида алюминия – затравочный гидроксид. Происходит разложение по реакции: Na. Al(OH)4(р-р) + х. Al(OH)3(затравка) ↔ (х+1)Al(OH)3↓(осадок) + Na. OH(р-р) (5)
После декомпозиции, по реакции (5) в течение 40 -100 часов, получается пульпа, состоящая из выпавшего в осадок гидроксида алюминия и маточного щелочного раствора. Пульпу направляют на сгущение, отделяется маточный раствор (слив), а сгущенный гидроксид алюминия после классификации по крупности (или без нее) делят на две части: одну часть (крупная фракция в случае классификации) тщательно отмывают от щелочи и отправляют на кальцинацию; другую часть (около 3/4 всего гидроксида) используют в качестве затравки. Иногда затравочный гидроксид также предварительно промывают, но не так тщательно, как товарный (для кальцинации).
Маточный алюминатный раствор с αК = 3, 4 -3, 65 и Na 2 Oобщ = 155 -165 г/л и воду от промывки гидроксида (промводу) направляют на выпарку в вакуумные многокорпусные аппараты, чтобы удалить лишнюю воду и повысить концентрацию Na 2 OK. Концентрацию Na 2 OK в растворе повышают до 300 г/л. Поскольку растворимость соды уменьшается с повышением содержания каустической щелочи в растворе, то часть соды выпадает в виде моногидрата (Na 2 CO 3·H 2 O) по мере выпаривания маточного раствора. При установившемся процессе выпариванием выделяется столько же соды, сколько ее накапливается за весь процесс. Этим предотвращается накопление соды в растворе, и концентрация ее поддерживается в определенных пределах. Кроме того, кристаллы соды увлекают из раствора с собой органические соединения, удаляемые с оборотной содой, – происходит очистка раствора от органических веществ.
При работе предприятия только по способу Байера для уменьшения удельного расхода свежей каустической щелочи отделенную от оборотного раствора соду растворяют в воде для каустификации известковым молоком (раствор + взвесь Ca(OH)2) по реакции: Na 2 CO 3 + Ca(OH)2 ↔ 2 Na. OH + Ca. CO 3(6) Получающийся при этом разбавленный раствор каустической щелочи упаривают вместе с маточным раствором или же в отдельных выпарных аппаратах. К упаренному маточному раствору добавляют свежую едкую щелочь (гидроксид натрия – Na. OH) для возмещения химических и механических потерь Na. OH, и полученный оборотный раствор вновь направляют на выщелачивание новых порций боксита – схема Байера работает в замкнутом цикле по щелочи.
Готовый гидроксид алюминия Al(OH)3 прокаливают при температуре около 1200 °С во вращающихся барабанных печах или в печах «кипящего слоя» при температуре 1050 °С, топочные газы печей тщательно очищают от глинозема. Процесс кальцинации можно описать выражением: (гидроксид алюминия) Al(OH)3 → Al 2 O 3 (глинозём) (7) Алюминиевая Компания Гвинеи. Бокситовый порт. Там, где все красное - грузят бокситы, где все белое - глинозем.
Способ Байера – самый дешевый и распространенный в мире. Однако для его осуществления необходимо использовать высококачественные бокситы с относительно невысоким содержанием кремнезема – Si. O 2. Байеровский боксит должен иметь высокий кремневый модуль µSi ≥ 6 -8 и не содержать больших количеств серы и CO 2, которые осложняют переработку боксита по этому способу. В настоящее время способ Байера – основной способ производства глинозема во всем мире.
Скачать презентацию Способ Байера Глиноземный завод Пикалево Выполнили Зайцева К
Производство глинозема. Способ Байера.pptx