Глинозём А1 2 О 3 является основным исходным материалом в производстве алюминия. Рудной базой для производства глинозёма служат преимущественно бокситы, а также нефелины, алуниты и некоторые другие глинозёмсодержащие руды.

Первая модификация - α-глинозём представляет собой без­водную форму оксида алюминия с плотностью 4,0 г/см 3 эта форма глинозёма практически негигроскопична. Поверхность зёрен имеет повышенную шероховатость. Это придаёт глинозёму меньшую сы­пучесть и он с трудом просыпается через отверстия; α-глинозём об­ладает повышенной абразивностью.

Плотность γ-глинозёма равна 3,77 г/см 3 . Эта модификация глинозёма гигроскопична, структура зёрен рыхлая. Зёрна γ-глинозёма имеют развитую поверхность и химически весьма активны. Сцепле­ние зёрен γ-глинозёма невелико и такой глинозём отличается повышен­ной текучестью. По мере повышения температуры и продолжитель­ности кальцинации зёрна γ-глинозёма уплотняются, промежутки между кристаллитами сокращаются и γ-глинозёма переходит в модифи­кацию α- глинозёма.

Как выбрать необходимый для производства глинозём и правильно оценить его качество? Можно назвать несколько опреде­ляющих требований к качеству глинозёма:

Повышенная скорость растворения в электролите и доста­точная адсорбционная (поглащающяя) активность поверхности от­носительно летучих фтористых соединений;

Хорошая текучесть при возможно меньшем пылении;

Удовлетворительные теплофизические свойства.

В промышленных условиях следует стремиться к макси­мальному совмещению этих свойств в используемом глинозёме. В табл. 2.1 приводится общеизвестная классификация глинозёма по видам.

Таблица 2.1 Классификация глинозёма по физическим свойствам

Согласно этой классификации глинозёмы подразделяются на следующие типы:

Мучнистый (пылевидный);

С пониженной степенью кальцинации (слабопрокалённый);

Песчаный (крупнозернистый).

Второй тип глинозёма производится для некоторых отечест­венных предприятий с учетом использования его в установках «су­хой» очистки газа.

Скорость растворения являются наиболее значимым показателем качества глинозёма. Промышленный опыт пока­зывает, что узкий диапазон частиц глинозёма +45-100 мкм со сдвигом крупности ближе к 100 мкм и содержание α-А1 2 О 3 не более 10% (остальное γ-А1 2 О 3) обеспечивают хорошую смачи­ваемость и удовлетворительную скорость растворения глино­зёма в электролите.

Это достигается за счёт большого содержания в глинозёме частиц γ-А1 2 О 3 имеющих развитую ультрапористую структуру, дос­таточно большую удельную поверхность (более 60-80 м 2 /г), опреде­лённую методом гелиевой адсорбции или сокращенно «по БЭТ», и высокую степень насыщения структуры не скомпенсированными химическими связями. Особенно велико их химическое сродство к фтору, что и придаёт им свойства повышенной растворимости в электролите. Химическое сродство глинозёма к фтору проявляется также в эффективном улавливании фтористых соединений в сухой газоочистке.

Не менее важным свойством глинозёма является его способ­ность образовывать устойчивую корку на поверхности электролита. Мягкая, но достаточно плотная корка с хорошим сцеплением частиц образуется при использовании глинозёма с теми же характеристика­ми по содержанию α-А1 2 О 3 и класса менее 45 мм, которые указаны выше для песчаного глинозёма.

Такая корка хорошо пропитывается электролитом и содер­жит больше глинозёма, легче поддаётся разрушению при обработке электролизёров и при ударе пробойника АПГ, чем корки, образую­щиеся при использовании мучнистого глинозёма. Следует также от­метить, что устойчивая корка образуется при условии, когда глино­зём хорошо смачивается электролитом. Мучнистый глинозём, в от­личие от песчаного, смачивается значительно хуже, и корка состоит преимущественно из застывшего электролита, поверх которого на­ходится глинозём. Прочность такой корки очень высока.

Теплопроводность и объёмная плотность глинозёма играют большую роль в тепловом балансе электролизёра, в том числе в ре­гулировании тепловых потерь через глинозёмную засыпку или ук­рытие анодного массива у электролизёров ОА, в поддержании ста­бильного уровня электролита и защите боковых поверхностей анода от окисления.

Текучесть глинозёма определяется в основном грануломет­рическим составом материала, а также содержанием в нём α-А1 2 О 3 . Материалом с хорошей текучестью можно считать глинозём с по­ниженной степенью прокалки. Он имеют крупность зерна более 45 мкм, высокую степень однородности гранулометрического соста­ва и угол естественного откоса 30-40°. Однако в наибольшей степе­ни требованию высокой текучести удовлетворяет песчаный глино­зём, содержащий фракцию < 45 мкм не более 10% и α-А1 2 О 3 в пре­делах 5%, с углом естественного откоса менее 35°.

Глинозёмы со слабой текучестью и углом естественного от­коса >40-45° комкуются при контакте с электролитом. Образовав­шиеся комки обволакиваются электролитом и, имея больший удель­ный вес, оседают через границу металл-электролит, образуя осадок.

Кроме того, на электролизёрах ВТ глинозёмы с плохой текучестью при перемещении анода зависают, образуя пустоты, по которым воздух проникает до боковых граней анода и окисляет их. Однако если текучесть глинозёма будет слишком велика, то надежное укры­тие анодов будет затруднено, что особенно важно для электролизё­ров с обожженными анодами.

Потери глинозема за счет уноса с анодными газами в виде пыли зависят, главным образом, от его гранулометрического состава (от содержания фракции менее 10-20 мкм), от технологии обработки электролизёров, настройки АПГ и частоты анодных эффектов. Сум­марные потери мучнистого глинозёма составляют 17-25 кг/т алюми­ния, что на ~ 10-15 кг/т выше по сравнению с результатами для пес­чаного глинозёма.

В глинозёме, используемом для производства алюминия, должно содержаться минимальное количество соединений железа, кремния, тяжелых металлов с меньшим потенциалом выделения на катоде, чем алюминий, т.к. они легко восстанавливаются и перехо­дят в катодный алюминий. Нежелательно также присутствие в гли­нозёме избытка оксидов щелочных металлов, поскольку они всту­пают во взаимодействие с фтористым алюминием электролита по реакции, разлагают его и тем самым нарушают установленное криолитовое отношение. Для восстановления к.о. требуется корректировка элек­тролита фтористым алюминием, что удорожает стоимость первич­ного алюминия. В случае содержания Na 2 О в глинозёме 0,3 % и бо­лее при работе на кислых электролитах начинается наработка из­лишнего количество электролита, который необходимо периодиче­ски сливать из ванны.

Для расчёта количества A1F 3 {Сфа, кг), требуемого для кор­ректировки электролита, можно пользоваться формулой И.П. Гупало

Сфа = 2т (K1 - К2) / С (2 + K1)K2

где: K1 и К2 - к.о. электролита соответственно до и после корректировки; т - масса корректируемого электролита, кг; С - со­держание A1F 3 в промышленной соли фтористого алюминия, доли ед.

Эта формула с соответствующими коэффициентами на со­став сырья, срок службы электролизёра, температуру электролита и др. служит основой существующих методик расчета корректирую­щей дозы фтористого алюминия.

Пример. Примем в формуле И.П. Гупало m = 10 000кг, С = 0,9, ис­ходное к.о. 2,4, целевое к.о. 2,35. Для корректировки потребуется 106 кг фтористого алюминия.

На основании изложенного материала можно считать, что

весьма приемлемыми свойствами обладает глинозём следующей спецификации:

Гранулометрический состав по фракциям, %

100 + 45 мкм, не менее 85

45 мкм, не более 10

Угол естественного откоса, град, не более 35

Удельная поверхность по БЭТ, м 2 /г, не менее 60

Потери при прокаливании, %, не более 0,8

По химическому составу глинозём должен соответствовать требованиям, приведенным в ГОСТ 30558-98 «Глинозём металлур­гический» (табл. 2.2).

Таблица 2.2 Требования к глинозёму

Примечания: 1. Тяжелые примеси - сумма оксидов Ti0+V 2 0 5 +Cr 2 0 5 +Mn0.

2. П.п.п. - потери при прокаливании, имеющие физический смысл контроля остаточных летучих веществ после кальцинации.

КОНСТРУКЦИЯ АЛЮМИНИЕВЫХ ЭЛЕКТРО­ЛИЗЕРОВ, ИХ МОНТАЖ И ДЕМОНТАЖ

Общая характеристика и классификация электролизе­ров

На предприятиях алюминиевой промышленности эксплуати­руются электролизеры весьма разнообразных конструкций и мощ­ности. Условно их разделяют на три большие группы:

Электролизеры малой мощности иа силу тока до 100 кА. Этот тип ванн оснащен одним самообжигающимся анодом с боко­вым подводом тока (БТ) и одноэтажным (напольным) размещением в корпусе (рис. 3.1). Это наиболее старые с конструктивной точки зрения электролизеры и доля их в мировом производстве алюминия невелика (по РФ около 15%).

Электролизеры средней мощности на силу тока 100-165 кА, оснащенные также одним самообжигающимся анодом с верхним подводом тока (ВТ) и преимущественно с размещением на отметке + 4,0 м. Этот тип ванн (рис. 3.2) осваивался в нашей стране в 60-70-е годы и на его долю в РФ приходится большая часть произ­водственных мощностей (около 70%).

Рис.3.2.Электролизер с самообжигающимся анодом и верхним подводом тока: а - схематическое изображение; б - поперечный разрез электролизера 1-огнеупорный кирпич катодного устройства; 2-подовые блоки; 3-жидкий алюминий; 4-боковые плиты; 5-катодный кожух; 6-электролит 7-корка электролита; 5-глинозем; 9-газосборный колокол; 10-угольный анод; 11-конус спекания; 12-жидкая фаза анода; 13-анодный кожух; 14- анодные штыри; 15-анодные шины; 16-рама; 17-механизм перемещения анода; 18-катодные стержни; 19-катодная ошиновка

Электролизеры средней и большой мощности на силу то­ка от 160 до 400 кА и более, оснащенные предварительно обожжен­ными анодами (ОА) (рис. 3.3). Количество анодов на электролизере зависит от его мощности. Размещение ванн преимущественно на отметке + 4,0 м. Это наиболее современный тип электролизеров, хо­тя именно с такого типа ванн небольших размеров начиналась исто­рия развития алюминиевой промышленности.

Рис. 3.3. Алюминиевый электролизер с предварительно обожженнымианодами: а-схематическое изображение; б-поперечный разрез электролизера; в- корпус электролиза с поперечным расположением электролизёров на силу тока 180 кА (VAW, Германия)

В чем преимущества или недостатки того или иного типа электролизеров? Первые два из них, оснащенные самообжигающимися анодами, отличаются простотой конструкции и возможностью использовать для формования анода относительно дешевый матери­ал - анодную массу. Использование для обжига тепла выделяющегося в электролизере. Отсутствуют какие-либо отходы от использо­вания анодов в электролизном производстве. Не требуется больших инвестиций в производство анодной массы. Затраты на производст­во единицы продукции на электролизерах этого типа существенно ниже.

Недостаток электролизеров с самообжигающимися анодами состоит в том, что на них ограничены возможности повышения еди­ничной мощности ванн, а также весьма затруднено использование средств механизации и автоматизации, в том числе систем автомати­зированного питания глиноземом (АПГ). В электролитический алю­миний поступает значительное количество железа из-за коррозии стальных штырей и газосборных секций, что ограничивает возмож­ность получать алюминий высших сортов (особенно на электроли­зёрах ВТ). При обжиге анодов в атмосферу попадает значительное количество вредных для здоровья углеводородов - смол и газов. Кроме того система газо и пыле улавливания работает не эффективно из за мене удачной конструкции анодного узла.

Что касается третьего типа электролизеров (ОА), то они ли­шены этих недостатков. На этом типе электролизера возможно по­вышение мощности путём увеличения числа анодов и расширения геометрических размеров ванн. Электролизёр ОА более приспособ­лен для механизации и автоматизации технологических операций, а сбор и очистка анодных газов производятся с большей эффективно­стью, в газах нет смолистых веществ и углеводородов. На этом типе ванн больше возможностей получить алюминий высших сортов, в том числе марки А8.

В настоя­щее время все вновь строящиеся алюминиевые заводы оснащаются электролизёрами ОА на силу тока 275-350 кА. На электролизёрах этого типа при анодной плотности тока 0,85-0,88 А/см 2 достигнут выход по току ~ 95%, удельный расход электроэнергии -13,3 кВт*ч/т А1, расход анодов 515/415 кг (брутто/нетто).

Фирма Alcan (Канада) планирует строительство опытного завода в Jonquiere с электролизёрами АР50 мощностью 500 кА. В настоящее время нет технических ограничений для создания ещё более мощного электролизёра. Например, моделирование МГД, тер­моэлектрических и механических параметров показывает, что элек­тролизёры ОА могут работать при силе тока 740 кА и выше (A.Tabertaux).

В то же время себестоимость алюминия на электролизерах этого типа за счет больших инвестиционных затрат и высокой стои­мости обожженных анодов на 10-15% выше. Другой проблемой можно считать образование анодных огарков, которые составляют 16-20% от массы анодов и требуют специальной обработки и утилизации в анодном производстве.

Постоянная модернизация и совершенствование конструк­ции позволяет успешно эксплуатировать все три типа электролизе­ров с использованием преимуществ каждого из них.

Как видно на рис. 3.1-3.3, на которых показаны основные типы электролизеров, принципиально алюминиевый электролизер любой конструкции состоит из катодного и анодного устройств, ошиновки (анодной и катодной) и вспомогательных конструкций, удерживающих или перемещающих отдельные узлы, а также уст­ройств для сбора и отвода анодных газов (колокол, горелки, укры­тия, балка-коллектор). Рассмотрим более детально конструктивные особенности основных типов электролизеров.

Технология производства алюминия сос­тоит из двух стадий: первая - производства глинозема и вторая - электролитическое получение алюминия из глино­зема. За рубежом практически весь глинозем получают из бокситов в основном способом Байера (К.И.Байер - австрий­ский инженер, работавший в России), на отечественных за­водах глинозем получают из бокситов способом Байера и из бокситов и нефелинов способом спекания. Оба эти способа относятся к щелочным методам выделения глинозема из руд. Способ Байера экономически целесообразно использовать для переработки бокситов с небольшим содержанием SiO 2 (с кремниевым модулем Al 2 O 3 /SiO 2 более 5-7), поскольку при росте количества SiO 2 все больше Al 2 O 3 и используемой в процессе щелочи теряются из-за образования химического соединения Na 2 O Al 2 O 3 2SiO 2 2H 2 O.

Для переработки бокситов с кремниевым модулем менее 5-7 более экономичным является способ спекания. В связи с истощением богатых глиноземом месторождений боксита и вовлечением в производство более бедных бокситов, доля способа Байера в производстве глинозема снижается и воз­растает доля способа спекания.

Способ Байера

Способ Байера - способ выделения глинозема из боксита - основан на выщелачивании, цель которого растворить содер­жащийся в боксите оксид алюминия Al 2 O 3 , избежав перевода в раствор остальных составляющих боксита (SiO 2 , Fe 2 O 3 и др.). В основе способа лежит обратимая химическая реак­ция:

Al 2 O 3 n H 2 O + 2NaOH = Na 2 O Al 2 O 3 + (n + 1)H 2 O.

При протекании реакции вправо глинозем в виде алюмината натрия переходит в раствор, а при обратном течении реак­ции образующийся гидратированный Al 2 O 3 выпадает в осадок. Упрощендая схема производства глинозема по способу Байера показана на рис. 244. Ниже описаны основные операции этого способа.

1. Подготовка боксита к выщелачиванию . Боксит дробят и размалывают до фракций размером 0,05-0,15 мм в среде добавляемой щелочи и оборотного раствора щелочи NaОН, добавляют также немного извести, активизирующей выщелачивание.

2. Выщелачивание . Полученную при помоле пульпу направляют на выщелачивание. Для полного протекания приведенной выше реакции вправо (образования алюмината натрия) необходимы щелочная среда, высокое давление (~ 3 МПа), нагрев пульпы до 100-240 °С (в зависимости от сорта боксита) и ее длительное (около 2 ч) перемешивание. Такие условия обеспечиваются в автоклавах - сосудах, работающих под давлением. Применяемые автоклавы представляют собой (рис.245) стальной цилиндрический сосуд диаметром 1,6-2,5 и высотой 13,5-17,5 м. Давление в автоклаве 2,5-3,3 МПа, пульпу подают сверху, снизу через патрубок 2 с барботером 3 - пар, который нагревает и перемешивает ее. Из автоклава пульпа выдавливается через трубу 1.

Пульпу обычно пропускают через батарею из 6-10 последовательно установленных автоклавов, где в течение ~ 2 ч содержащийся в пульпе в виде Al 2 O 3 Н 2 O, Al 2 O 3 3Н 2 O и Al 2 O 3 глинозем реагирует со щелочью (реакция приведена выше), переходя в Na 2 O Al 2 O 3 . В первый автоклав пульпу подают насосом, предварительно подогрев до ~ 150 °С, из последнего автоклава пульпа попадает в два автоклава-испарителя, в которых давление снижается до атмосферного. Про­дуктом является автоклавная пульпа, состоящая из алюми- натного раствора (содержащего Na 2 O Al 2 O 3) и шлама (осадка, в который выпадают остальные примеси боксита).

3. Разделение алюминатного раствора и шлама после раз­бавления пульпы водой производят в сгустителях (отстойни­ках) - сосудах диаметром 15-50 м, на дне которых оседает шлам, а через верх сливается отстоявшийся алюминатный раствор. Его дополнительно пропускают через фильтры и направляют на следующую операцию - декомпозицию. Получае­мый красный шлам (окраску ему придают частицы Fe 2 O 3) идет в отвал, шлам содержит, %: Al 2 O 3 12-18, SiO 2 6-11, Fe 2 O 3 44-50, CaO 8-13.

4. Разложение алюминатного раствора , называемое также декомпозицией или выкручиванием проводят с целью перевес­ти алюминий из «раствора в осадок в виде Al 2 O 3 3Н 2 O, для чего обеспечивают течение приведенной выше реакции выще­лачивания влево, в сторону образования Al 2 O 3 3Н 2 O. Что­бы указанная реакция шла влево, необходимо понизить дав­ление (до атмосферного), разбавить и охладить раствор, ввести в него затравки (мелкие кристаллы гидрооксида алю­миния) и пульпу для получения достаточно крупных кристал­лов Al 2 O 3 3Н 2 O перемешивать в течение 50-90 ч.

Этот процесс осуществляют в серии установленных после­довательно и соединенных перепускными сифонами декомпозеров, через которые последовательно проходит пульпа (алюминатный раствор с выпадающими кристаллами гидроокси­да алюминия). В серии устанавливают 10-11 декомпозеров с механическим перемешиванием или 16-28 декомпозеров с воз­душным перемешиванием пульпы. Первые представляют собой баки диаметром до 8 м, в которых перемешивание осуществ­ляют вращением вокруг вертикальной оси волокуш (гребков). Декомпозеры второго типа, преимущественно применяемые в настоящее время, представляют собой цилиндрические баки высотой 25-35 м и объемом до 3000 м3; снизу в них подают сжатый воздух, перемешивающих пульпу.

5. Отделение кристаллов гидрооксида алюминия от раствора и классификация кристаллов по крупности . После декомпозиции пульпа поступает в сгустители, где гидро­оксид отделяют от раствора. Полученный гидрооксид в гид­росепараторах разделяют на фракцию с размером частиц 40-100 мкм и мелкую фракцию (размером < 40 мкм), которую используют в качестве затравки при декомпозиции. Крупную фракцию промывают, фильтруют и направляют на кальцинацию.

6. Кальцинацию или обезвоживание гидрооксида алюминия осуществляют в футерованных шамотом трубчатых вращающихся печах диаметром 2,5-5 и длиной 35-110 м, отапливаемых природным газом или мазутом. Гидрооксид медленно перемещается вдоль вращающегося барабана навстречу потоку горячих газов, температура которых повышается от 200-300 °С в месте загрузки до ~ 1200 °С вблизи горелки у разгрузочного торца барабана. При нагреве гидрооксида идет реакция: Al 2 O 3 3H 2 O = Al 2 O 3 + 3Н 2 O, заканчивающая­ся при 900 °С. Продуктом является глинозем Al 2 O 3 (порошок белого цвета).

Извлечение глинозема при использовании описанного спо­соба Байера составляет около 87 %. На производство 1 т глинозема расходуют 2,0-2,5 т боксита, 70-90 кг NaOH, около 120 кг извести, 7-9 т пара, 160-180 кг мазута (в пересчете на условное топливо) и около 280 кВт ч элект­роэнергии.

Способ спекания

Способ применяют для получения глинозема из высококрем­нистых (> 6-8 % SiO 2) бокситов с кремниевым модулем менее 5-7 и из нефелиновых руд; способ пригоден также для пере­работки любого алюминиевого сырья.

Сущность способа заключается в получении твердых алю­минатов путем их спекания при высоких (~ 1300 °С) темпе­ратурах и в последующем выщелачивании полученного спека.

Получение глинозема из бокситов

Основные стадии этого процесса следующие.

Подготовка к спеканию . Боксит и известняк после дроб­ления измельчают в мельницах в среде оборотного содового раствора с добавкой свежей соды Na 2 CO 3 , получая пульпу с влажностью 40 %.

Спекание ведут в отапливаемых трубчатых вращающихся печах диаметром до 5 и длиной до 185 м. Температура в пе­чи повышается от 200-300 °С в месте подачи пульпы до ~ 1300 °С в разгрузочном конце у горелки. При нагреве оксид алюминия превращается в водорастворимый алюминат натрия:

Al 2 O 3 + Na 2 CO 3 = Na 2 O Al 2 O 3 + CO,

а кремнезем связывается в малорастворимые силикаты: SiO 2 + 2СаО = 2СаО Si02. С содой реагирует также Fe 2 O 3 боксита, образуя NaaO Fe203. Эти химические соединения спекаются, образуя частично оплавленные куски - спек.

После обжиговой печи спек охлаждают в холодильниках, дробят до крупности 6-8 мм и направляют на выщелачивание.

Выщелачивание ведут горячей водой проточным методом в аппаратах различной конструкции: диффузорах (цилиндрических сосудах, куда порциями загружают и выгружают спек), в конвейерных выщелачивателях и др. Наиболее совершенными являются трубчатые выщелачиватели непрерывного действия (рис. 246). Загружаемый через бункер 1 в сосуд высотой 26 м спек благодаря непрерывной выгрузке секторными разгружателями 2 движется вниз и промывается встречным потоком воды. В воде растворяется алюминат натрия, вода разлагает также феррит натрия Na 2 O Fe 2 O 3 и Fe 2 O 3 выпадает в осадок. Продуктами выщелачивания являются алюминатный раствор и красный шлам, содержащий Fe 2 O 3 , Al 2 O 3 , SiO 2 , CaO. В алюминатный раствор переходит немного кремнезема в виде гидросиликатов, в связи с чем раствор подвергают обескремниванию.

Обескремнивание алюминатного раствора осуществляет в батарее автоклавов длительной (~ 2,5 ч) выдержкой при температуре 150-170 °С. В этих условиях вырастают кристаллы нерастворимого в воде соединения Na 2 O Al 2 O 3 2SiO 2 2Н 2 О (иногда к раствору добавляют известь, в этом случае образуются кристаллы СаО Al 2 O 3 2SiO 2 2H 2 O). Из автоклавов выходит пульпа, состоящая из алюминатного раствора и осадка - белого шлама. Далее раствор отделяют от белого шлама путем сгущения и фильтрации. Белый шлам идет в ших­ту для спекания, а раствор направляют на карбонизацию.

Карбонизацию проводят с целью выделения алюминия в осадок Al 2 O 3 3Н 2 O (карбонизация заменяет декомпозицию в способе Байера). Карбонизацию осуществляют в сосудах цилиндрической или цилиндроконической формы объемом до 800 м 3 пропусканием через раствор отходящих газов спекательных печей, содержащих 10-14 % СO 2 . Газы перемешивают раствор, а СO 2 разлагает алюминат натрия: Na 2 O Al 2 O 3 + СO 2 + 3Н 2 O = Al 2 O 3 3Н 2 O + Na 2 CO 3 и гидроксид алюминия выпадает в осадок.

Далее проводят те же технологические операции, что и в способе Байера: отделение Al 2 O 3 3Н 2 O от раствора и кальцинацию - обезвоживание гидроксида алюминия прокали­ванием в трубчатых печах с получением глинозема Al 2 O 3 .

Примерный расход материалов на получение 1 т глино­зема, т: боксита 3,2-3,6; известняка 1,35; извести 0,025; кальцинированной соды 0,19; условного топлива 1,1-1,2; электроэнергии ~ 800 кВт т.

Получение глинозема из нефелинов

Нефелиновый концент­рат или руду и известняк после дробления размалывают в водной среде, получая пульпу для спекания. В связи с наличием в составе нефелина щелочей не требуется добавок в шихту соды.

Спекание производят в отапливаемых трубчатых вращаю­щихся печах диаметром 3-5 и длинрй до 190 м; пульпу зали­вают в печь со стороны выхода газов, где температура рав­на 200-300 °С, а в разгрузочном конце она достигает 1300 °С. В процессе нагрева нефелин взаимодействует с известняком:

(Na, К) 2 O Al 2 O 3 2SiO 2 + 4СаСО 3 = (Na, К) 2 O Al 2 O 3 + 2(2СаО SiO 2) + 4СO 2 .

В результате этой реакции входящие в состав нефелина Na 2 O и К 2 O обеспечивают перевод глинозема в водораствори­мые алюминаты, а СаО связывает кремнезем в малораствори­мый двухкальциевый силикат. Получаемый спек охлаждают в холодильниках и дробят.

Выщелачивание нефелинового спека совмещают с его раз­молом и проводят в шаровых или стержневых мельницах в среде горячей воды со щелочным раствором, получаемым пос­ле карбонизации. В процессе выщелачивания алюминаты раст­воряются в воде и остается известково-кремнистый шлам (называемый белитовым), который идет на производство це­мента.

Обескремнивание алюминатного раствора проходит в две стадии. Первую проводят в автоклавах в течение 1,5-2 ч при температуре 150-170 °С; при этом в осадок выпадают содержащие кремнезем алюмосиликаты, этот осадок (белый шлам) идет в шихту для спекания.

Алюминатный раствор после первой стадии обескремнивания делят на две части. Одну часть далее подвергают кар­бонизации (так, как при переработке бокситов) с последую­щей декомпозицией, после чего получают в осадке гидроок­сид алюмния и содощелочной раствор, идущий на выщелачива­ние спека.

Вторую часть алюминатного раствора дополнительно обескремнивают в мешалках с добавкой извести при ~ 95 °С в течение 1,5-2 ч. При этом в осадок выпадает известково­силикатный шлам и обеспечивается глубокое обескремнивание алюминатного раствора. Затем этот раствор подвергают кальцинации, получая в осадке гидроксид алюминия и глубо­ко обескремненный содовый раствор, из которого далее в содовом цехе получают поташ (К 2 СО 3) и кальцинированную соду (Na 2 СO 3); глубокое обескремнивание необходимо для получения этих товарных продуктов.

Кальцинация . Гидрооксид алюминия после обеих ветвей переработки алюминатного раствора подвергают промывке и фильтрации и затем направляют на кальцинацию (обезвожива­ние), которую проводят так же, как в способе Байера, по­лучая глинозем.

Примерный расход материалов на получение 1 т глинозема из нефелинов, т: нефелина 4; известняка 7; извести 0,1; условного топлива 1,5; электроэнергии ~ 1000 кВт ч. При этом получают около 1 т содопродуктов и до 10 т цемента.