СПОСОБ ПЕРЕРАБОТКИ ГЛИНОЗЕМСОДЕРЖАЩЕГО СЫРЬЯ
METHOD OF PROCESSING ALUMINA-BEARING STOCK

Изобретение относится к области цветной металлургии, в частности к технологии производства глинозема из глиноземсодержащего сырья.
Из уровня техники известно изобретение по а.с. СССР №1644452 (Способ получения гидроксида алюминия / Давыдов И.В.; Боровинский В.П.; Тесля В.Г. Заяв. ОАО "Всероссийский алюминиево- магниевый институт", МПК C01F 7/14. Опубл. 1998.09.27), заявленное ОАО ВАМИ, которое представляет собой способ получения гидроксида алюминия. Изобретение относится к технологии производства глинозема из бокситов по способу Байера. В алюминатный раствор вводят затравочный гидроксид алюминия, подают полученную суспензию в батарею декомпозеров, выдерживают суспензию при перемешивании с последующим выводом и разделением ее на затравочный и продукционный гидроксид алюминия, подают затравочный гидроксид алюминия в виде суспензии в алюминатный раствор. Продукционный гидроксид алюминия фильтруют, разбавляют промводой и классифицируют.Мелкий гидроксид алюминия используют в виде затравки, а крупный отфильтрованный гидроксид алюминия промывают и выводят из процесса. Тем самым достигается улучшение качества продукта за счет повышения его крупности и снижения содержания примесей.
Недостатком этого аналога является невысокий процент разложения алюминатного раствора.
Фирмой PECHINEY ALUMINIUM IPC получен патент FR 2709302 (Патент Франции FR 2709302. Process for the manufacture of alumina trihydrate with a controlled sodium content and particle size. Inv. Gilbert Bouzat; Jean-Michel Lamerant; Joel Sinquin. Appl.: Pechiney Aluminium. IPC C01F 7/14; C01F 7/00. Publ. 1995-03-03) на способ производства глинозема с контролем содержания щелочи и размера частиц. Особенностью метода является высокое содержание твердого вещества в алюминатном растворе (более 700 г/л). Затравкой при декомпозиции является гидроксид алюминия, как это принято в традиционном процессе разложения алюминатных растворов. Недостатком этого аналога, как и предыдущего, является недостаточно высокий процент разложения алюминатного раствора.
Из уровня техники известен патент РФ №2231497 (Патент РФ №2231497. Способ декомпозиции алюминатных растворов / Тесля В.Г., Мильруд С.М. Заявл. ОАО "Всероссийский алюминиево-магниевый институт", МПК C01F 7/14. Опубл. 2004.06.27), выданный на способ декомпозиции алюминатных растворов, включающий перемешивание алюминатного раствора при температуре 45-70°C в присутствии затравки гидроксида алюминия и модифицирующей добавки, отделение маточного раствора от гидроксида алюминия. Способ отличается тем, что в качестве модифицирующей добавки используют карбонат лития, вводимый в количестве от 0,10 до 0,30% на массу получаемого осадка гидроксида алюминия. Недостатком способа является удорожание процесса производства глинозема из-за необходимости применения в качестве модифицирующей добавки - соединения лития.
Из уровня техники известен способ переработки глиноземсодержащего сырья (Лайнер А.И. Производство глинозема. М.: Металлургиздат, 1961. 620 с., с.571), выбранный в качестве прототипа. Способ включает выщелачивание сырья, содержащего глинозем, с получением алюминатного раствора, отделение его от красного шлама и направление алюминатного раствора на стадию кристаллизации с получением маточного раствора и осадка, содержащего гидроксид алюминия, и его направление на кальцинацию с получением глинозема.
По прототипу стадия кристаллизации осуществляется путем декомпозиции (выкручивания) в присутствии затравки. Операция декомпозиции (выкручивания) осуществляется непрерывным перемешиванием при температуре 40-62°С (указанный источник Лайнера А.И., с.267) алюминатного раствора с затравкой свежеосажденной гидроокиси алюминия в течение 60…100 ч (указанный источник Лайнера А.И, с.255).
Технической задачей предполагаемого изобретения является повышение процента разложения алюминатного раствора и снижение времени, необходимого для декомпозиции.
В заявляемом способе производят выщелачивание сырья, содержащего глинозем, с получением алюминатного раствора, отделение его от красного шлама и направление алюминатного раствора на стадию кристаллизации с получением маточного раствора и осадка, содержащего гидроксид алюминия, и его направление на кальцинацию с получением глинозема.
В отличие от прототипа предлагается стадию кристаллизации осуществлять при температуре 25-39°С путем добавки в алюминатный раствор сульфата алюминия в количестве 0,5-5,0% от содержания оксида алюминия в алюминатном растворе.
Как показали эксперименты, выполненные авторами настоящего изобретения, добавка в алюминатный раствор сульфата алюминия при заявленной температуре позволяет резко интенсифицировать процесс выделения из раствора гидроксида алюминия за счет увеличения скорости образования реакции полимеризации катионов алюминия с выделением в раствор полимера, приводящего к массовой кристаллизации гидроксида алюминия из алюминатного раствора. Это позволяет повысить процент разложения алюминатного раствора и снизить время кристаллизации до 18-20 ч.
Полученный таким приемом гидроксид алюминия направляют на стадию кристаллизации при соблюдении затравочного отношения 0,1-0,4. Как показали исследования, выполненные авторами настоящего изобретения, полученный гидроксид отличается от обычно применяемого в качестве затравочного материала гидроксида, полученного в промышленных условиях. Отличие состоит в более развитой поверхности и большей реакционной способности. Это позволяет применять этот материал в качестве затравочного в меньших объемах, чем принято в глиноземном производстве.
На фиг.1. приведено фото электронной микроскопии конгломерата частиц гидроксида алюминия, полученного по промышленной технологии прототипа, а на фиг.2 по предлагаемой технологии с использованием реакции с сульфатом алюминия (б).
Пример 1 (по прототипу).
По прототипу стадия кристаллизации осуществляется путем декомпозиции (выкручивания) в присутствии затравки. Операция декомпозиции (выкручивания) осуществляется непрерывным перемешиванием при температуре 40-62°С алюминатного раствора с затравкой свежеосажденной гидроокиси алюминия в течение 60…100 ч. В результате из алюминатного раствора выделяется около 50-52% оксида алюминия.
Примеры 2-17. В лабораторных условиях производили выщелачивание сырья, содержащего глинозем, с получением алюминатного раствора, отделение его от красного шлама и направление алюминатного раствора на стадию кристаллизации с получением маточного раствора и осадка, содержащего гидроксид алюминия, и его направление на кальцинацию с получением глинозема. Стадию кристаллизации осуществляли в интервале температур 20-70°С путем добавки в алюминатный раствор сульфата алюминия в количестве 0,1-10,0% от содержания оксида алюминия в алюминатном растворе.
3
3
2
к
2
3
к
2
к
2
3
В алюминатный раствор, содержащий 133,3 г/дм NaO, 132,4 г/дм AlO (каустический модуль исходного раствора α=1,66) добавляли соль сульфата алюминия и выдерживали 18-24 часа в кристаллизаторе без перемешивания при различных температурах кристаллизации. После выдержки пульпы осадок отделяли от жидкой фазы (маточного раствора), которую анализировали на содержание в ней NaO и AlO, рассчитывали каустический модуль полученного маточного раствора и по известной формуле рассчитывали процент разложения алюминатного раствора. Полученные данные представлены в табл.1.
Таблица 1
Сравнение показателей процесса по прототипу и предлагаемому техническому решению
№ примера
Температура кристаллизации, °C
Количество добавляемой соли, % от содержания Al<sub>2</sub>O<sub>3</sub> г/дм<sup>3</sup> в растворе
Процент разложения раствора, %
1 (прототип)
40-62
-
50-52
2
20
ОД
0
3
20
0,5
0
4
20
5,0
0
5
20
6,0
0
6
25
од
3
7
25
0,5
57,2
8
25
5,0
67,4
9
25
6,0
67,1
10
39
од
5
11
39
0,5
64,5
12
39
5,0
66,8
13
39
6,0
66,4
14
70
од
0
15
70
0,5
0
16
70
5,0
0
17
70
6,0
0
2
3
В таблице строка 1 описывает условия осуществления процесса по прототипу. При отсутствии добавки сульфата алюминия достигнут процент разложения 50-52%. При температуре 20°C и изменении количества добавляемого сульфата алюминия в пределах 0,1-6% от содержания AlO в растворе (опыты 2-5) не выявлено признаков разложения раствора, что связано с слишком большой вязкостью алюминатного раствора и малой диффузионной способностью смеси.
2
3
При температуре 25°C и изменении количества добавляемой соли в пределах 0,1-6% от содержания AlO в растворе (опыты 6-9) достигли процента разложения раствора в пределах 3-67,4%, при этом ниже 0,5% добавки получено только 3% разложения, при использовании добавки в пределах 0,5-5% происходит увеличение процента разложения раствора. Однако при дальнейшем увеличении количества добавки до 6% не наблюдается дальнейшего увеличения процента разложения.
2
3
При температуре 39°C и изменении количества добавляемой соли в пределах 0,1-6% от содержания AlO в растворе (опыты 10-12) достигли процента разложения раствора в пределах 5-66,8%, при этом ниже 0,5% добавки получено только 5% разложения, при использовании добавки в пределах 0,5-5% происходит увеличение процента разложения раствора. Однако при дальнейшем увеличении количества добавки до 6% не наблюдается дальнейшего увеличения процента разложения. Таким образом, верхним пределом содержания добавки является 5%.
2
3
При температуре 70°C и изменении количества добавляемой соли в пределах 0,1-6% от содержания AlO в растворе (опыты 13-17) не достигли разложения раствора ни при одном варианте введения добавки. Это объясняется тем, что при повышенных температурах соль алюминия слишком быстро растворяется в алюминатном растворе и ионы алюминия быстро теряют свою активность.
Таким образом, если осуществлять стадию кристаллизации при температуре 25-39°C путем добавки в алюминатный раствор сульфата алюминия в количестве 0,5-5,0% от содержания оксида алюминия в алюминатном растворе, то достигается процент разложения раствора выше, чем это происходит в объекте по прототипу. Дополнительным эффектом является снижение времени декомпозиции: вместо 60-100 ч указанная операция в условиях заявляемого способа осуществляется за 18-24 ч.
3
3
2
к
2
3
к
2
к
2
3
Примеры 18-22. Гидроксид алюминия, который был получен с помощью сульфата алюминия, использовали в опытах в качестве затравки с целью разложения пересыщенного алюминатного раствора. Для этого полученный в соответствии с примером 6 просушенный гидроксид алюминия добавляли в алюминатный раствор, содержащий 133,3 г/дм NaO, 132,4 г/дм AlO (каустический модуль исходного раствора α=1,66). Выдерживали пульпу 24 часа в кристаллизаторе без перемешивания при температуре кристаллизации, равной 25°C. После выдержки пульпы осадок отделяли от жидкой фазы (маточного раствора), которую анализировали на содержание NaO и AlO. Рассчитывали каустический модуль полученного маточного раствора и по известной формуле рассчитывали процент разложения алюминатного раствора. Полученные данные представлены в табл.2.
Таблица 2
Сравнение показателей процесса по прототипу и предлагаемому техническому решению
№ примера
Количество используемой затравки, г/дм<sup>3</sup>
Затравочное отношение
Процент разложения раствора, %
1 (прототип)
-
50-52
18
10
0,05
29,2
19
20
0,1
60,5
20
40
0,2
67,4
21
70
0,4
70,4
22
90
0,5
70,3
Как видно из приведенных результатов, при затравочных отношениях 0,1-0,4 получены показатели разложения раствора на уровне 60,5-70,4%, что выше показателей прототипа 50-52%. При дальнейшем увеличении затравочного отношения процент разложения раствора не увеличивается. Применение затравочного отношения 0,05 слишком мало для получения положительного результата. Таким образом, установили рациональный диапазон затравочных отношений на уровне 0,1-0,4.
Более высокий процент разложения алюминатного раствора достигнут за счет изменения кристаллического строения гидроксида алюминия, что иллюстрируется фото фиг.2. Кристаллы гидроксида алюминия, полученные по данному техническому решению, отличаются волокнистым строением (на фото видны верхушки волокон), что создает развитую поверхность. По прототипу кристаллы отличаются более грубой формой с менее развитой поверхностью.
Следует отметить, что полученный результат достигнут за более короткое время 24 ч по сравнению с прототипом, где время разложения составляет 60-100 ч.
Технический результат заключается в повышении процента разложения алюминатного раствора в способе Байера и сокращении времени проведения операции декомпозиции.