Способ переработки глиноземсодержащего сырья
Владельцы патента RU 2447023:
Федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Уральский федеральный университет имени первого Президента России Б.Н. Ельцина" (RU)
Изобретение относится к области цветной металлургии, в частности к технологии производства глинозема из глиноземсодержащего сырья. Глиноземсодержащее сырье выщелачивают, полученный алюминатный раствор отделяют от красного шлама и направляют алюминатный раствор на стадию кристаллизации, которую проводят при температуре 25-39°С путем добавки в алюминатный раствор сульфата алюминия в кристаллическом состоянии в количестве 3,75-6,00% от содержания оксида алюминия в алюминатном растворе. При этом получают маточный раствор и осадок, содержащий гидроксид алюминия. Осадок гидроксида алюминия направляют на кальцинацию с получением глинозема. Изобретение позволяет повысить эффективность процесса за счет увеличения степени разложения алюминатного раствора и сокращения времени разложения раствора. 1 табл., 17 пр.
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°С 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).
Недостатком способа по прототипу является невысокий процент разложения алюминатного раствора, большое время, необходимое для выполнения операции декомпозиции. Применение затравки для осуществления процесса вынуждает иметь в постоянном обороте значительное количество гидроксида алюминия (до 70%), не создающего товарный продукт.
Технической задачей предлагаемого изобретения является повышение процента разложения алюминатного раствора, снижение времени, необходимого для декомпозиции, и исключения затравки гидроксида алюминия из технологического процесса.
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 кристаллическом состоянии 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 в кристаллическом состоянии 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.
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 кристаллическом состоянии в количестве 2,50-7,00% от содержания оксида алюминия в алюминатном растворе.
В алюминатный раствор, содержащий 135,8 г/дм3 Na2Oк, 133,6 г/дм3 Al2O3 (каустический модуль исходного раствора αк=1,67) добавляли соль сульфата алюминия и выдерживали 18-24 ч в кристаллизаторе без перемешивания при различных температурах кристаллизации. После выдержки пульпы в осадок отделяли от жидкой фазы (маточного раствора), которую анализировали на содержание в ней Na2Oк и Al2O3, рассчитывали каустический модуль полученного маточного раствора и по известной формуле рассчитывали процент разложения алюминатного раствора. Полученные данные представлены в таблице.
| Таблица | |||
| Сравнение показателей процесса по прототипу и предлагаемому техническому решению | |||
| № примера | Температура кристаллизации, °C | Количество добавляемой соли, % от содержания Al2O3 г/дм3 в растворе | Процент разложения раствора, % |
| 1 (прототип) | 40-62 | - | 50-52 |
| 2 | 20 | 2,50 | 8,5 |
| 3 | 20 | 3,75 | 30,5 |
| 4 | 20 | 6,00 | 45,3 |
| 5 | 20 | 7,00 | 48,4 |
| 6 | 25 | 2,50 | 30,4 |
| 7 | 25 | 3,75 | 53,5 |
| 8 | 25 | 6,00 | 58,5 |
| 9 | 25 | 7,00 | 58,1 |
| 10 | 39 | 2,50 | 32,6 |
| 11 | 39 | 3,75 | 64,5 |
| 12 | 39 | 6,00 | 66,8 |
| 13 | 39 | 7,00 | 66,4 |
| 14 | 70 | 2,50 | 0 |
| 15 | 70 | 3,75 | 20,5 |
| 16 | 70 | 6,00 | 30,5 |
| 17 | 70 | 7,00 | 40,5 |
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 2,50-7,00% от содержания Al2O3 в растворе (опыты 2-5) выявлен невысокий процент разложения раствора, который оказался ниже, чем по прототипу. Это связано с слишком большой вязкостью алюминатного раствора и малой диффузионной способностью смеси.
При температуре 25°C и изменении количества добавляемой соли в пределах 2,50-7,00% от содержания Al2O3 в растворе (опыты 6-9) достигли процента разложения раствора в пределах 30,4-58,1%, при этом при количестве добавки 2,50% (т.е. ниже нижнего предела 3,75%) получено только 30,4% разложения, при использовании добавки в пределах 3,75-6,00% происходит увеличение процента разложения раствора. Однако при дальнейшем увеличении количества добавки до 7% не наблюдается дальнейшего увеличения процента разложения.
При температуре 39°C и изменении количества добавляемой соли в пределах 2,50-7,00% от содержания Al2O3 в растворе (опыты 10-12) достигли процента разложения раствора в пределах 32,6-66,4 %, при этом при количестве добавки 2,50% (т.е. меньше нижнего заявляемого предела 3,75 %) получено только 32,6% разложения, при использовании добавки в пределах 3,75-6,00% происходит увеличение процента разложения раствора. Однако при дальнейшем увеличении количества добавки до 7,00% не наблюдается дальнейшего увеличения процента разложения. Таким образом, верхним пределом содержания добавки является 6,00%.
При температуре 70°C и изменении количества добавляемой соли в пределах 2,50-7,00% от содержания Al2O3 в растворе (опыты 13-17) не достигли процента разложения раствора ни при одном варианте введения добавки, соответствующего условиям прототипа. 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 3,75-6,00% 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.
Технический результат заключается в повышении процента разложения алюминатного раствора в способе Байера, сокращении времени проведения операции декомпозиции и исключении затравки гидроксида алюминия из технологического процесса.
Способ переработки глиноземсодержащего сырья, включающий 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, отличающийся тем, что стадию кристаллизации осуществляют при температуре 25-39°С путем добавки в алюминатный раствор сульфата алюминия в кристаллическом состоянии в количестве 3,75-6,00% от содержания оксида алюминия в алюминатном растворе.
