Металлургия алюминия

Извлечение глинозема при использовании описанного способа Байера составляет около 87%. [2], [3]

Способ спекания

Способ применяют для получения глинозема из высококремнистых 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 путе

м их спекания при высоких (~ 1300 0С) 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, 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 -3000С в месте подачи пульпы до ~ 13000С в разгрузочном конце у горелки. При нагреве оксид алюминия превращается в водорастворимый алюминат натрия:

Al2O3 + Na2CO3 = Na2O . Al2O3 + CO,

а кремнезем связывается в малорастворимые силикаты: SiO2 + 2CaO = 2CaO . SiO2. С содой реагирует также боксита, образуя Na2O . Fe2O3. 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.3). 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 феррит натрия Na2O . Fe2O3 и Fe2O3 выпадает в осадок. Продуктами выщелачивания являются алюминатный раствор и красный шлам, содержащий Fe2O3, Al2O3, SiO2, CaO . В алюминатный раствор переходит немного кремнезема в виде гидросиликатов, в связи с чем раствор подвергают обескремниванию.

Обескремнивание алюминатного раствора осуществляют в батарее автоклавов длительной (~ 2,5 ч) выдержкой при температуре 150 - 1700 С. В этих условиях вырастают кристаллы нерастворимого в воде соединения Na2O . Al2O3. 2SiO2 , 2H2O (иногда к раствору добавляют известь, в этом случае образуются кристаллы CaO , Al2O3. 2SiO2 , 2H2O). 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 Al2O3. 3H2O (карбонизация заменяет декомпозицию в способе Байера). Карбонизацию осуществляют в сосудах цилиндрической или цилиндроконической формы объемом до 800 м3 пропусканием через раствор отходящих газов спекательных печей, содержащих 10 -14% CO2. Газы перемешивают раствор, а разлагает алюминат натрия:

Na2O . Al2O3 + CO2 + 3H2O = Al2O3. 3H2O + Na2CO3

и гидроксид алюминия выпадает в осадок.

Далее проводят те же технологические операции, что и в способе Байера: отделение Al2O3. 3H2O от раствора и кальцинацию – обезвоживание гидроксида алюминия прокаливанием в трубчатых печах с получением глинозема Al2O3.

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 длиной до 190 м; пульпу заливают в печь со стороны газов, где температура равна 200 – 3000 С, а в разгрузочном конце она достигает 13000 С. В процессе нагрева нефелин взаимодействует с известняком:

(Na, K)2O. Al2O3. 2SiO2 + 4 CaCO3 = (Na, K)2O . Al2O3 + 2(2CaO . SiO2) + 4CO2

В результате этой реакции входящие в состав нефелина Na2O и K2O обеспечивают перевод глинозема в водорастворимые алюминаты, а CaO 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, который идет на производство цемента.

Обескремнивание алюминатного раствора проходит в две стадии. Первую проводят в автоклавах в течении 1,5-2 ч при температуре 150-170 0С; при этом в осадок выпадают содержащие кремнезем алюмосиликаты, этот осадок идет а шихту для спекания.

Вторую часть алюминатного раствора дополнительно обескремнивают в мешалках с добавкой извести при ~ 95 0С в течении 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 (K2 CO3) и кальцинированную соду (Na2CO3); глубокое обескремнивание необходимо для получения этих товарных продуктов.

Кальцинация. Гидроксид 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 получении 1т 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. [2]

5. ЭЛЕКТРОЛИТИЧЕСКОЕ ПОЛУЧЕНИЕ АЛЮМИНИЯ

Алюминий получают путем электролиза глинозема, растворенного в расплавленном электролизе, основным компонентом которого является криолит. В чистом криолите Na3AlF6(3NaF . AlF3) отношение NaF: AlF3 равно 3, для экономии электроэнергии необходимо при электролизе иметь это отношение в пределах 2,6-2,8, поэтому к криолиту добавляют фтористый алюминий AlF3. Кроме того, для снижения температуры плавления в электролит добавляют немного CaF2, MgF2 и иногда NaCl. Содержание основных компонентов в промышленном электролите находится в следующих пределах, %: Na3AlF6 75-90; AlF3 5-12; MgF2 2-5; CaF2 2-4; Al2O3 2-10.

Электролизная ванна или электролизер, где проводят электролиз, имеет в плане прямоугольную форму. Кожух из стальных листов охватывает стены ванны, а у больших ванн выполнен с днищем. Внутри имеется слой шамота и далее стены выложены угольными плитами, а под образован подовыми угольными блоками. Ванна глубиной 0,5-0,6 м заполнен электролитом и находящимся под ним слоем жидкого алюминия.

 Скачать реферат