Способ получения глинозема
Изобретение относится к способам получения глинозема из техногенных отходов, в частности из минеральной части золы сжигания бурых углей. Шихту приготавливают смешиванием золошлаковых отходов ТЭЦ и известняка, который берут в избытке 28,0-75,0% от стехиометрического количества, после чего спекают. Полученный спек выщелачивают при перемешивании с получением спековой пульпы, обескремнивают известковым молоком и фильтруют с получением шлама и фильтрата. Шлам промывают, проводят карбонизацию CO2-содержащей газовоздушной смесью и фильтрацию образовавшейся гидратной пульпы с получением гидроксида алюминия и маточного содового раствора, оборачиваемого на выщелачивание спека. Выщелачивание спека ведут карбонатным раствором, содержащим не менее 52,0 г/дм3 Na2CO3 при температуре 75-80°С. При выщелачивании оксида алюминия из спека дополнительно проводят первичную виброкавитационную обработку, а при обескремнивании спековой пульпы известковым молоком проводят повторную виброкавитационную обработку. Техническим результатом является увеличение степени извлечения оксида алюминия из золошлаков в глинозем и повышение качества последнего. 4 табл.
Изобретение относится к технологии получения глинозема из глиноземсодержащих техногенных отходов, в частности из минеральной части золошлаков от сжигания бурых углей, и может быть использовано для нужд алюминиевой, металлургической и строительной промышленности.
Известен способ переработки золы энергетических углей на глинозем и гипс путем обжига с соединением кальция и обработки спека серной кислотой, при этом в качестве соединения кальция используют фторид кальция (CaF2), обработку серной кислоты (сульфатизация) ведут при температуре 180-200°C, после обработки серной кислотой ведут спекание при температуре 200-300°C при разрежении 0,2-0,3 гкс/см2 с отводом образующихся газов, при температуре 120-150°C с последующей их обработкой раствором аммиака и выщелачиванием спека (Патент RU №2027669, 1995).
Данный способ переработки золы энергетических углей не обеспечивает их комплексной переработки, связан с применением агрессивных химических реагентов, т.е. представляет собой экологически опасное производство и, кроме того, в процессе идет растворение оксида кремния с образованием кремнегеля, что делает невозможным последующий процесс выделения получаемого алюминатного раствора фильтрованием.
Известен способ комплексного производства глинозема и портландцемента из небокситовых сырьевых материалов: зола бурых углей и/или обожженный угольный сланец, содержащие 30-40% Al2O3. Способ заключается в обжиге данных техногенных глиноземсодержащих материалов с известняком (52-53% CaO) при дозировке последнего, исходя из общего стехиометрического отношения
CaO/Al2O3=1.0±0.05 и CaO/SiO2=2.0±0.05
при температуре 1250°C с получением саморассыпающегося спека, агитационное выщелачивание оксида алюминия из спека содовыми растворами, фильтрацию выщелаченной пульпы с получением алюминатного раствора и «серого» шлама, 2-стадийное (1-ая стадия - автоклавное при температуре 170-180°C, 2-ая стадия - в мешалках при температуре 90-100°C), обескремнивание алюминатного раствора известковым молоком, фильтрацию пульпы с получением «белитого» шлама и обескремненного раствора (значение кремневого модуля µSi=CAl2O3/CSiO2≥1000, который далее подвергают карбонизации топочными CO2-содержащими газами печей спекания, дополнительно обжигают для получения цементного клинкера, содержащего, в основном, трехкальциевый силикат 3CaO·SiO2 [Гольдштейн Л.Я. - Комплексные способы производства цемента. - Ленинград, «Стройиздат», 1985 г., с.101-103].
К существенным недостаткам данного способа относится, прежде всего, сложность (многостадийность) технологической схемы, выражающаяся в разделении операций выщелачивания спека и обескремнивания алюминатного раствора (с промежуточной фильтрацией) известковым молоком, что обуславливает дополнительные потери оксида алюминия и, следовательно, недостаточное сквозное извлечение оксида алюминия в целевой продукт - глинозем, составляющий 83-85%.
Наиболее близким является способ получения глинозема из золошлаков ТЭЦ, состоящий из приготовления и коррекции шихты для спекания, состоящей из золошлаков ТЭЦ и известняка, который при этом берут в избытке 28,0-75,0% от стехиометрического количества; спекания шихты при температуре 1320-1400°C в течение 40-60 мин с получением при этом саморассыпающегося спека; выщелачивания спека оборотным содовым раствором, содержащим не менее 5,0% Na2CO3, при температуре 75-80°C в течение 6-8 часов; дополнительного обескремнивания гетерофазного продукта (спековой пульпы после выщелачивания) известковым молоком, содержащим 10,0% Ca(OH)2, при расходе не менее 0,10-0,20 дм3/дм3 пульпы, с последующей фильтрацией, промывкой конечного шлама водой, объединением промводы и фильтрата с получением обескремненного алюминатного раствора; карбонизации алюминатного раствора CO2-содержащей газовоздушной смесью с получением гидроксида алюминия и маточного содового раствора, который возвращают на выщелачивание спека; прокалки гидроксида алюминия с получением целевого продукта глинозема (патент RU №2200708, 2003). Шлам, образовавшийся после выщелачивания спека в виде двухкальциевого и трехкальциевого силикатов, используют для получения цемента. При этом получают металлургический глинозем марки Г3, ГК по ГОСТ 6912-74 (содержание лимитирующих примесей следующее, масс.%: 0,040 Fe2O3 и 0,13 SiO2), сквозная степень извлечения оксида алюминия в целевой продукт (от содержания в исходной золе) составляет 84-87%.
Известный способ характеризуется недостаточной, в среднем, степенью извлечения оксида алюминия в целевой продукт и недостаточно высоким качеством получаемого глинозема для производства алюминия сортности не менее A0 и выше.
В основу заявляемого изобретения положена задача, заключающаяся в разработке способа получения глинозема из золы от сжигания бурых углей, обеспечивающего достижение технического результата - повышение степени сквозного извлечения оксида алюминия в целевой продукт при одновременном повышении качества получаемого глинозема.
Достижение вышеуказанного технического результата обеспечивается тем, что в предлагаемом способе получения глинозема в качестве сырья используют минеральную часть золы сжигания бурых углей с приготовлением шихты путем ее смешения с известняком, который берут в избытке 28,0-75,0% от стехиометрического количества, спекание шихты с получением спека, выщелачивание оксида алюминия из спека содовым раствором при перемешивании с получением спековой пульпы и ее обескремнивание известковым молоком, фильтрацию спековой пульпы с получением шлама и фильтрата, промывку шлама, объединение промводы и фильтрата с получением алюминатного раствора, карбонизацию последнего CO2-содержащей газовоздушной смесью, фильтрацию образовавшейся гидратной пульпы с получением гидроксида алюминия и маточного содового раствора, оборачиваемого на выщелачивание спека, прокалку гидроксида алюминия с получением глинозема, при этом при выщелачивании оксида алюминия из спека дополнительно проводят первичную виброкавитационную обработку в течение 15-35 минут при значениях окружной скорости 30-55 м/с, а при обескремнивании спековой пульпы известковым молоком проводят повторную виброкавитационную обработку в течение 20-30 минут при значениях окружной скорости 25-35 м/с.
Выщелачивание оксида алюминия из спека предпочтительно ведут карбонатным раствором, содержащим не менее 52,0 г/дм3 Na2CO3 (5,0%-ный раствор) и обеспечивающим 25,0%-ный мольный избыток Na2CO3:Al2O3 по стехиометрии при температуре 75-80°C, отношении Т:Ж=1,0:4,0 и продолжительности 5-6 часов. Первичную виброкавитационную обработку спековой пульпы ведут при значениях окружной скорости при перемешивании 30-55 м/с и продолжительности 15-35 мин.
По истечении не менее ¾ временной продолжительности процесса выщелачивания, осуществляют обескремнивание спековой пульпы известковым молоком, содержащим, предпочтительно, не менее 10,0 масс.% Ca(OH)2, при дозировке 0,10 дм3/дм3 пульпы, температуре 80°C, продолжительности 1,25-1,5 ч. Повторную виброкавитационную обработку спековой пульпы при окружной скорости (ω) 25-35 м/с и продолжительности 20-30 мин.
Кавитация - это физико-химический процесс, заключающийся, в частности, в нарушении сплошности жидкости (в нашем случае - это водно-солевой раствор), связанный с образованием и последующим «схлопыванием» воздушных (газовых) микропузырьков в жидкости. Энергия схлопывающихся пузырьков расходуется, в частности, на излучение ударных волн, что, в свою очередь, значительно интенсифицирует массообменные процессы, при этом в каждом конкретном случае (конкретной гетерофазной системе «твердое-жидкость») имеется определенное пороговое значение.
Осуществление первичной виброкавитационной обработки при содовом выщелачивании оксида алюминия из спека способствует, при прочих, сопоставимых с прототипом, технологических параметрах процесса, увеличению степени извлечения Al2O3, в среднем, с 85,5% (у прототипа), до 87,5%, т.е. на 2,0%.
Проведение повторной (конечной) виброкавитационной обработки спековой пульпы при обескремнивании известковым молоком способствует повышению значения кремневого модуля (µSi) получаемого алюминатного раствора до µSi≥1500, что, в дальнейшем, обеспечивает получение целевого продукта - глинозема, с пониженным содержанием лимитирующих примесей, масс.%: 0,03 Fe2O3, 0,06 SiO2 (у прототипа соответственно 0,04% и 0,13%), т.е. на уровне марки F1 по ГОСТ 6912-74.
Способ получения глинозема из минеральной части золы сжигания бурых углей осуществляли следующим образом.
Реализация заявляемого способа осуществлена в лабораторных условиях. В качестве сырья использовали золу сжигания Экибастузских бурых углей Рефтинской ТЭЦ, имеющей следующий, средний, химический состав, масс.%: 55,0 SiO2, 37,0 Al2O3, 3,0 Fe2O3, 2,50 TiO2, 1,0 MgO, 1,0 CaO, 0,5 примеси. Фазовый состав золошлаков, вес.%: 52,0 муллит (3Al2O3·2SiO2), 25,0 α-кварц (SiO2) 8,0 каолинит - Al2Si2O5(OH)4, 6,0 карбид титана (TiS2), 3,0 фаза Mg2Ca, остальное - примеси.
Навеска золошлаков во всех опытах составляла 1,0 кг.
Дозировку известняка (CaO - 52,0÷53,0%), размолотого до фракции - 45 мкм, производили в диапазоне 28,0-75,0% сверх общего стехиометрического соотношения, включающего следующие характеристические молярные отношения:
CaO/Al2O3=1.0±0.05 и CaO/(SiO2+Fe2O3+TiO2)=2,0±0,05.
Спекание проводили в лабораторной трубчатой печи при температурах 1320-1400°C в течение 40-60 мин в зависимости от дозировки известняка (оксида кальция) с получением при этом саморассыпающегося спека (содержание фракции - 45 мкм 100%).
Выщелачивание спека, содержащего 11,8-14,5% Al2O3, проводили содовым раствором, содержащим 52,0±0,5 г/дм3 Na2CO3; остальные технологические параметры процесса: температура 80°C, отношение Т:Ж в исходной пульпе 1,0:4,0, продолжительность 5-6 часов в зависимости от интенсивности виброкавитационной обработки. Первичную виброкавитационную обработку спековой пульпы ведут при значениях окружной скорости при перемешивании 30-55 м/с и продолжительности 15-35 мин.
По истечении не менее ¾ общей временной продолжительности процесса выщелачивания, осуществляли обескремнивание спековой пульпы известковым молоком при постоянных (во всех опытах) технологических параметрах: концентрация Ca(OH)2 в известковом молоке 10,0%; дозировка 0,10 дм3/дм3 пульпы; температура 80°C; продолжительность 1,25-1,50 часа; повторная виброкавитационная обработка обескремниваемой пульпы при значении окружной скорости ротора (ω) 25-35 м/с и продолжительности 20-30 мин.
Совмещенный процесс «выщелачивание + обескремнивание» проводили на лабораторной установке, состоящей из мешалки (V=5,0 дм3) с механическим перемешиванием и совмещенной с ней в замкнутом контуре виброкавитационной мельницей (V=5,0 дм3), с вращающимся ротором ⌀=100 мм в неподвижном щелевидном статоре (зазор между ротором и статором составляет 0,5 мм).
В основной мешалке готовят спековую пульпу, состоящую из спека и содового раствора, затем она прогоняется в замкнутом контуре «мешалка выщелачивания + виброкавитационная мельница» в течение заявляемого интервала времени и при заявляемой окружной скорости вращения ротора (режим виброкавитационной обработки), т.е. одновременно осуществляется процесс первичной виброкавитационной обработки и содовое выщелачивание Al2O3 из спека. По окончании процесса виброкавитационной обработки - мельница временно отключается и проводится далее только основной процесс выщелачивания.
Аналогично проводится процесс обескремнивания выщелоченной спековой пульпы известковым молоком.
При осуществлении процесса «выщелачивание + обескремнивание» в промышленном масштабе виброкавитационная обработка может быть осуществлена, например, серийно выпускаемыми роторно-пульсационными аппаратами (РПА) с получением заявленного технического результата.
По завершении процесса выщелачивания и обескремнивания спековой пульпы проводили ее фильтрацию с получением шлама и фильтрата. Фильтрацию осуществляют любыми известными методами.
Полученный шлам промывают водой, предпочтительно промывается водой из расчета 1,5 дм3/кг. Полученную промводу объединяют с фильтратом с получением алюминатного раствора, который подвергают карбонизации CO2-содержащей газовоздушной смесью. CO2 подают из баллона в мешалку (карбонизатор), предпочтительно при следующих параметрах: температура 70°C; скорость газации - 4,0 ндм3/дм3 раствора в час (при нормальных условиях); продолжительность - 6,0 часов; конечное значение pH - 8,50. Образовавшуюся гидратную пульпу подвергают фильтрации с выделением гидроксида алюминия и маточного содового раствора, который в дальнейшем используется на выщелачивание спека. Прокалку гидроксида алюминия с получением глинозема проводят предпочтительно при температуре 1200°С в течение 2,0 часов.
Заявляемый способ иллюстрируется примерами конкретного выполнения.
Пример 1. Производится спекание золошлака Рефтинской ТЭЦ в количестве 1,0 кг и дозировке известняка в количестве 2,94 кг (избыток 28,0% по стехиометрии) при температуре 1350°C и продолжительности 60 мин.
Полученный спек в количестве 2,56 кг, содержащий 14,50% Al2O3, выщелачивают содовым раствором с последующим обескремниванием известковым молоком в виброкавитационном режиме при различных технологических условиях.
В табл.1 приведены полученные результаты по влиянию параметров виброкавитационной обработки на степень извлечения оксида алюминия из спека - согласно заявляемого изобретения, а также при выходе за оптимальные пределы параметров.
Как видно из табл.1, заявляемые условия первичной виброкавитационной обработки спековой пульпы на стадии содового выщелачивания: значение окружной скорости 30-40 м/с и продолжительность 15-20 мин приводит к достижению заявленного технического результата при приготовлении шихты с избытком известняка 28% против стехиометрического значения.
Пример 2. Производится спекание шихты, состоящей из 1,0 кг золошлака Рефтинской ТЭЦ и 3,50 кг известняка (55,0% от стехиометрического отношения) при температуре 1320°C в течение 60 мин.
Полученный спек в количестве 2,85 кг, содержащий 13,0% Al2O3, выщелачивают содовым раствором с последующим обескремниванием известковым молоком в виброкавитационном режиме при вышеприведенных технологических условиях.
В табл.2 приведены результаты по влиянию параметров виброкавитационной обработки на степень извлечения Al2O3 из спека - согласно заявляемого изобретения, и при выходе за оптимальные пределы параметров.
Как видно из таблицы 2, заявляемые условия первичной виброкавитационной обработки спековой пульпы на стадии содового выщелачивания: значение окружной скорости 35-45 м/с и продолжительность 20-30 мин приводит к достижению заявленного технического результата при приготовлении шихты с избытком известняка 55% против стехиометрического значения.
Пример 3. Производится спекание шихты, состоящей из 1,0 кг золошлака Рефтинской ТЭЦ и 4,0 кг известняка (75,0% от стехиометрического отношения) при температуре 1400°C в течение 40 мин.
Полученный спек в количестве 3,15 кг, содержащий 11,75% Al2O3, выщелачивают содовым раствором с последующим обескремниванием известковым молоком в виброкавитационном режиме при вышеприведенных технологических условиях.
В табл.3 приведены результаты по влиянию параметров виброкавитационной обработки на степень извлечения Al2O3 из спека - согласно заявляемого изобретения, и при выходе за оптимальные пределы параметров.
Как видно из таблицы 3, приведенный пример конкретного выполнения подтверждает обоснованность заявленных условий первичной виброкавитационной обработки на стадии выщелачивания спековой пульпы, полученной из шихты с избытком известняка 75,0% от стехиометрического количества: значение окружной скорости 40-55 м/с; продолжительность 20-30 мин, которые обеспечивают достижение заявленного технического результата.
Из представленных примеров конкретного выполнения видно, что выход за заявляемые интервалы режимов первичной виброкавитационной обработки спековой пульпы при содовом выщелачивании в меньшую сторону:
- при дозировке известняка 28,0% сверх стехиометрического (табл.1) - значения окружной скорости 20-25 м/с (оп.6, 7) и/или продолжительность обработки 10 мин (оп.8, 10, 12);
- при дозировке известняка 55,0% сверх стехиометрического (табл.2) - значения окружной скорости 25-30 м/с (оп.6, 7) и/или продолжительность обработки 15 мин (оп.8, 10, 12);
- при дозировке известняка 75,0% сверх стехиометрического (табл.3) - значения окружной скорости 30-35 м/с (оп.6, 7) и/или продолжительность обработки 10-15 мин (оп.8, 9, 10, 11);
не приводит к достижению заявленного технического результата, т.к. среднее значение степени извлечения оксида алюминия на 1,0-1,5% меньше, чем соответствующие значения у прототипа (соответственно 84,0; 86,0 и 87,0%). Это объясняется тем, что в диффузионном процессе выщелачивания оксида алюминия из пористых спеков, имеющих при дозировке кальцийсодержащего материала сверх стехиометрического отношения со значительным коэффициентом достаточно плотную микроструктуру (пористость 40-50% относительно ~60% при стандартной 5,0-10,0%-ной дозировке известняка сверх стехиометрического отношения) совокупность вышеуказанных технологических параметров виброкавитационной обработки - значение окружной скорости и продолжительность - имеет меньшее пороговое значение, чем необходимое для интенсификации основной лимитирующей стадии диффузионного процесса: химическое взаимодействие алюмината кальция с содовым раствором.
При выходе за заявляемые интервалы режимов первичной виброкавитационной обработки пульпы при содовом выщелачивании в большую сторону:
- при дозировке известняка 28,0% сверх стехиометрического (табл.1) - значения окружной скорости 50 м/с (оп.12, 13) и/или продолжительность обработки 35 мин (оп.6);
- при дозировке известняка 55,0% (табл.2) - значения окружной скорости 55-60 м/с (оп.13, 14);
- при дозировке известняка 75,0% сверх стехиометрического (табл.3) - значения окружной скорости 60 м/с (оп.14),
не приводит к достижению заявленного технического результата, т.к. среднее значение степени извлечения оксида алюминия из спека либо меньше на ~0,5%, либо находится практически на том же уровне, что у прототипа (соответственно 84,0:86,0 и 87,0%). Это объясняется тем, что при прочих равных условиях выщелачивания (температура, концентрация Na2CO3, продолжительность) при сверхэнергетической напряженности интенсивной виброкавитационной обработки - совокупность технологических параметров: - значение окружной скорости и продолжительность - происходит определенное переизмельчение спека, т.е. уменьшение геометрических размеров пор спека («канальцев») и замедляются следующие стадии диффузионного процесса выщелачивания оксида алюминия:
- проникновение растворителя (карбоната натрия) внутри пористого скелета частицы спека к поверхности растворяемого вещества (алюмината кальция);
- отвод продукта реакции (алюмината натрия) от границы растворения к поверхности частицы спека.
Отметим также, что продолжительность совмещенного процесса «выщелачивания + обескремнивание» при всех дозировках известняка на спекание составляет 5÷6 часов (у прототипа 6-8 часов), т.е. виброкавитационная обработка позволяет снизить продолжительность процесса в целом, в среднем, на 1,5 часа в результате, как отмечалось, интенсификации массообменных процессов.
Продолжительность 4,0 часа (табл. 1 - оп. 10, 13; табл. 2 - оп. 11, 13 и табл. 3 - оп. 13) является недостаточной: степень извлечения Al2O3 из спека при этом, в среднем, меньше на 0,5-0,7%, чем у прототипа.
Это связано, прежде всего, с незавершенностью лимитирующей стадии- диффузионного процесса выщелачивания Al2O3 из спека: химическое взаимодействие алюмината кальция с карбонатом натрия.
Пример 4. Проводится спекание шихты, состоящей из 1,0 кг золошлака Рефтинской ТЭЦ и 3.50 кг известняка (55,0% от стехиометрического отношения) при температуре 1320°С в течение 60 мин.
Полученный спек в количестве 2,85 кг, содержащий 13,0% Al2O3, выщелачивают содовым раствором при следующих технологических условиях: концентрация Na2CO3 - 52,0±0,5 г/дм3; отношение Т:Ж в исходной спековой пульпе 1,0:4,0; температура 80°С; первичную виброкавитационную обработку спековой пульпы ведут при значении окружной скорости ротора (ω) 50 м/с и продолжительности 20 мин; общая продолжительность выщелачивания 5,0 ч.
По истечении 3,50 часов содового выщелачивания производится обескремнивание спековой пульпы известковым молоком при следующих технологических условиях: концентрация Са(ОН)2 в известковом молоке 10,0%; дозировка известкового молока 0,10 дм3/дм3 пульпы; температура 80°С; продолжительность обескремнивания 1,5 часа; повторная виброкавитационная обработка обескремниваемой пульпы производится одновременно с вводом известкового молока; после общего окончания процесса пульпа фильтруется с получением конечного шлама и обескремненного алюминатного раствора.
После общего окончания процесса пульпа фильтруется с получением конечного «кальций-силикатного» шлама и обескремненного алюминатного раствора.
Полученные обескремненные алюминатные растворы далее подвергались карбонизации углекислым (CO2) газом, подаваемым в мешалку (карбонизатор) из баллона, при температуре 70°С; скорости газации - 4,0 ндм3/дм3 раствора в час (при нормальных условиях); продолжительности - 6,0 часов; конечное значение рН - 8,50. Далее гидратные пульпы фильтровались и полученные осадки гидроксида алюминия (здесь и далее - ГОА) сушились при температуре 120°С в течение 2-х часов и анализировались на содержание лимитирующих примесных компонентов: SiO2 и Fe2O3.
В табл.4 приведены результаты опытов по влиянию параметров виброкавитационной обработки - значение окружной скорости и продолжительность - на величину кремневого модуля (отношение концентраций Al2O3 и SiO2) в получаемом обескремненном алюминатом растворе и на содержание примесных компонентов в осадках ГОА при последующей карбонизации.
Приведенный пример конкретного выполнения подтверждает обоснованность заявленных условий виброкавитационной обработки при обескремнивании спековой пульпы: значение окружной скорости 25-35 м/с; продолжительность 20-30 мин.
При этом, среднее значение µSi составляет ~1500 ед. относительно µSi~1100 у прототипа, а среднее содержание примесных компонентов, масс. %: 0,055 SiO2 и 0,022 Fe2O3 - относительно таковых значений у прототипа: 0,090% SiO2 и 0,027% Fe2O3, т.е. снижение содержания примесных компонентов составляет, в среднем, соответственно, ~39,0% и ~19,0%.
При выходе за заявляемые пределы параметров в меньшую сторону -по значению окружной скорости и/или продолжительности виброкавитационной обработки (оп. 5, 6 и 8) - при сохранении достаточно высокой степени извлечения оксида алюминия из спека за совмещенный процесс «выщелачивание = обескремнивание» на уровне 87,43%, т.е. на 1,43% больше, чем по прототипу (µAl2O3=86,0%), но значение кремневого модуля (µSi) не превышает величины, в среднем, 1040 ед, т.е. практически на одном уровне с прототипом (µSi~1100). Это, в свою очередь, обуславливает содержание примесных компонентов в осадках ГОА на уровне, в среднем, 0,095% SiO2 и 0,031% Fe2O3. Таким образом, не обеспечивается повышение качества целевого продукта (глинозема) за счет снижения содержания в нем примесных компонентов.
Это объясняется тем, что значения параметров виброкавитационной обработки: величина окружной скорости 20 м/с (оп. 5) или продолжительность обработки 15 мин (оп. 6 и 8) - в совокупности меньше минимально необходимого порогового значения для интенсификации процесса обескремнивания в виброкавитационном режиме.
При выходе за заявляемые пределы параметров в большую сторону - значение окружной скорости 45 м/с (оп. 9) и/или продолжительность обработки 40 мин (оп. 7) - происходит глубокое обескремнивание алюминатного раствора: величина µSi равна 1750-1850 ед. (у прототипа соответственно 1100) и соответственно снижается содержание примесных компонентов в осадках ГОА до среднего значения ~0,048% SiO2 и 0,020% Fe2O3 (у прототипа соответственно 0,090% SiO2 и 0,027% Fe2O3) - однако, степень извлечения оксида алюминия из спека составляет, в среднем, 85,8%, т.е. меньше, чем у прототипа.
Пример 5. Проводится спекание шихты, состоящей из 1,0 кг золошлака Рефтинской ТЭЦ и 3,50 кг известняка (55,0% от стехиометрического отношения) при температуре 1320°C в течение 60 мин.
Полученный спек в количестве 2,85 кг, содержащий 13,0% Al2O3, выщелачивают содовым раствором при следующих технологических условиях: концентрация Na2CO3 - 52,0±0,5 г/дм3 (5,0%-ный раствор); отношение Т:Ж в исходной спековой пульпе 1,0:4,0; температура 80°C; первичная виброкавитационная обработка спековой пульпы при следующих постоянных параметрах: значение окружной скорости ротора (ω) 50 м/с и продолжительность 20 мин; общая продолжительность выщелачивания 5,0 ч.
Далее по истечении 3,50 часов содового выщелачивания производится обескремнивание спековой пульпы известковым молоком, содержащим 10,0% Ca(OH)2 при дозировке 0,10 дм3/дм3 пульпы и повторной виброкавитационной обработке при значении окружной скорости 35 м/с и продолжительности 20 мин при одновременном вводе известкового молока.
После завершения совмещенного процесса «выщелачивание + обескремнивание» пульпа фильтруется, конечный шлам в количестве 2,60 кг промывается водой из расчета 1,5 дм3/кг, промвода объединяется с фильтратом и полученный обескремненный алюминатный раствор (V~15,0 дм3) направляется на карбонизацию.
Алюминатный раствор, содержащий, г/дм3: 22.5 Na2Oобщ, 18.5 Na2Oкст, 22.0 Al2O3, αкст=1.40, 0.015 SiO2, 0.01 Fe2O3, µSi≥1500, значение pH 12,0 - подвергается карбонизации углекислым (CO2) газом, подаваемым в мешалку (карбонизатор) из баллона при следующих заданных технологических параметрах: температура 70°C; скорость газации - 4,0 ндм3/дм3 раствора в час (при нормальных условиях); продолжительность - 6,0 часов; конечное значение pH - 8,50.
Контроль полноты осаждения гидроксида алюминия дополнительно определяется отсутствием помутнения (выпадения осадка) в отфильтрованной пробе маточного раствора добавлением 2,0%-ного раствора соляной кислоты.
Далее гидратная пульпа фильтровалась и полученный гидроксид алюминия (после сушки при температуре 120°C в течение 2 часов) анализировался на содержание лимитирующих примесей.
Содержание примесей следующее, %: 0.23 Na2O, 0.04 SiO2, 0.020 Fe2O3.
Извлечение Al2O3 в гидроксид алюминия при карбонизации составило 99,0%.
Далее полученный гидроксид алюминия прокаливался при температуре 1200°C в течение 2,0 часов.
Содержание примесей в полученном целевом продукте - глиноземе - было следующим, %: 0,35 Na2O, 0.06 SiO2, 0.03 Fe2O3.
Полученный глинозем в соответствии с ГОСТ 6912-74 соответствует марки Г1.
Таким образом, спекание минеральной части золы сжигания бурых углей с известняком, вводимым в шихту с 28,0-75,0% - избытком от стехиометрии, выщелачивание спека раствором карбоната натрия и проведение первичной виброкавитационной обработки спековой пульпы при значениях окружной скорости 30-55 м/с в течение 15-35 мин, обескремнивание спековой пульпы известковым молоком и повторная виброкавитационная обработка обескремниваемой пульпы при значениях окружной скорости 25-35 м/с в течение - 20-30 мин, фильтрация пульпы с получением конечного шлама и обескремненного алюминатного раствора, карбонизация последнего CO2-содержащим газом, фильтрация и прокалка выделенного гидроксида алюминия, обеспечивают реализацию способа получения глинозема с достижением заявленного технического результата: повышение степени сквозного извлечения оксида алюминия до, в среднем, 87,5% (у прототипа - соответственно 85,5%), т.е. увеличение ~ на 2,0% и повышение качества получаемого целевого продукта - глинозема, с пониженным содержанием лимитирующих примесей, мас.%: 0.03 Fe2O3, 0.06 SiO2 (у прототипа соответственно 0,04 и 0,130), что соответствует марке Г1.
Кроме того, первичная виброкавитационная обработка в процессе выщелачивнаия и повторная виброкавитационная обработка при обескремнивании спековой пульпы позволяет существенно (в среднем на 1,5 часа) снизить длительность процесса выщелачивания спека.
Указанные в описании и примерах конкретного выполнения конкретные режимы выщелачивания спека раствором карбоната натрия, содержащим не менее 52,0 г/дм3 Na2CO3 (5,0%-ный раствор), при температуре 80°C, отношении Т:Ж, равным 1,0:4,0, при общей продолжительности 5÷6 часов и режимы обескремнивания спековой пульпы известковым молоком, содержащим 10,0 мас.% Ca(OH)2, при дозировке последнего не менее 0,10 дм3/дм3 пульпы в течение последних 1,25-1,50 часа общего процесса, обеспечивают оптимальные параметры заявляемого способа, позволяющие получить максимально высокий технический результат при минимальных сырьевых и энергозатратах.
| Таблица 1 | ||||
| Результаты выщелачивания спека в виброкавитационном режиме при дозировке известняка 28,0% сверх стехиометрического отношения | ||||
| № п/п | Параметры процесса | Степень извлечения Al2O3 из спека, % | ||
| Значение окружной скорости (ω), м/с | Продолжительность обработки, мин | Продолжительность выщелачивания, ч | ||
| По прототипу | 84,0 | |||
| Оптимальные пределы параметров | ||||
| 1 | 30 | 25 | 6,0 | 85,0 |
| 2 | 35 | 20 | 6,0 | 85,5 |
| 3 | 35 | 30 | 5,0 | 86,0 |
| 4 | 40 | 15 | 6,0 | 86,5 |
| 5 | 40 | 25 | 5,0 | 86,5 |
| При выходе за оптимальные пределы | ||||
| 6 | 20 | 35 | 4,0 | 83,0 |
| 7 | 25 | 25 | 6,0 | 83,7 |
| 8 | 30 | 10 | 7,0 | 83,3 |
| 9 | 35 | 15 | 6,0 | 84,2 |
| 10 | 40 | 15 | 4,0 | 83,5 |
| 11 | 40 | 10 | 6,0 | 84,0 |
| 12 | 50 | 10 | 6,0 | 84,3 |
| 13 | 50 | 20 | 4,0 | 83,7 |
| Таблица 2 | ||||
| Результаты выщелачивания спека в виброкавитационном режиме при дозировке известняка 55,0% сверх стехиометрического отношения | ||||
| № п/п | Параметры процесса | Степень извлечения Al2O3 из спека, % | ||
| Значение окружной скорости (ω), м/с | Продолжительность обработки, мин | Продолжительность выщелачивания, ч | ||
| По прототипу | 86,0 | |||
| Оптимальные пределы параметров | ||||
| 1 | 35 | 20 | 6,0 | 86,7 |
| 2 | 35 | 25 | 6,0 | 87,0 |
| 3 | 40 | 30 | 5,0 | 87,0 |
| 4 | 45 | 30 | 5,0 | 87,5 |
| 5 | 50 | 20 | 6,0 | 88,0 |
| При выходе за оптимальные пределы | ||||
| 6 | 25 | 25 | 5,0 | 84,5 |
| 7 | 30 | 25 | 6,0 | 85,5 |
| 8 | 35 | 15 | 6,0 | 85,7 |
| 9 | 35 | 20 | 5,0 | 85,0 |
| 10 | 40 | 15 | 6,0 | 85,0 |
| 11 | 45 | 30 | 4,0 | 85,6 |
| 12 | 55 | 15 | 6,0 | 86,0 |
| 13 | 50 | 30 | 4,0 | 85,5 |
| 14 | 60 | 20 | 5,0 | 86,5 |
| Таблица 3 | ||||
| Результаты выщелачивания спека в виброкавитационном режиме при дозировке известняка 75,0% сверх стехиометрического отношения | ||||
| № п/п | Параметры процесса | Степень извлечения Al2O3 из спека, % | ||
| Значение окружной скорости (ω), м/с | Продолжительность обработки, мин | Продолжительность выщелачивания, ч | ||
| По прототипу | 87,0 | |||
| Оптимальные пределы параметров | ||||
| 1 | 40 | 20 | 6,0 | 87,7 |
| 2 | 45 | 25 | 5,0 | 87,5 |
| 3 | 50 | 20 | 6,0 | 88,0 |
| 4 | 50 | 30 | 5,0 | 88,5 |
| 5 | 55 | 20 | 5,0 | 88,7 |
| При выходе за оптимальные пределы | ||||
| 6 | 30 | 20 | 5,0 | 85,8 |
| 7 | 35 | 25 | 6,0 | 86,5 |
| 8 | 40 | 10 | 6,0 | 85,7 |
| 9 | 40 | 15 | 6,0 | 86,0 |
| 10 | 45 | 15 | 6,0 | 86,6 |
| 11 | 50 | 15 | 5,0 | 87,0 |
| 12 | 55 | 10 | 6,0 | 86,6 |
| 13 | 55 | 20 | 4,0 | 86,0 |
| 14 | 60 | 30 | 7,0 | 87,5 |
Способ получения глинозема, включающий приготовление шихты смешиванием золошлаковых отходов ТЭЦ и известняка, который берут в избытке 28,0-75,0% от стехиометрического количества, спекание шихты с получением спека, выщелачивание оксида алюминия из спека содовым раствором при перемешивании с получением спековой пульпы и ее обескремнивание известковым молоком, фильтрацию спековой пульпы с получением шлама и фильтрата, промывку шлама, объединение промводы и фильтрата с получением алюминатного раствора, карбонизацию последнего CO2-содержащей газовоздушной смесью, фильтрацию образовавшейся гидратной пульпы с получением гидроксида алюминия и маточного содового раствора, оборачиваемого на выщелачивание спека, прокалку гидроксида алюминия с получением глинозема, отличающийся тем, что выщелачивание спека ведут карбонатным раствором, содержащим не менее 52,0 г/дм3 Na2CO3 при температуре 75-80°С, отношении Т:Ж, равном 1,0:4,0, при общей продолжительности процесса 5÷6 часов, а при выщелачивании оксида алюминия из спека дополнительно проводят первичную виброкавитационную обработку в течение 15-35 минут при значениях окружной скорости 30-55 м/с, обескремнивание спековой пульпы ведут известковым молоком, содержащим 10,0% Са(ОН)2, при расходе 0,10 дм3/дм3 пульпы и продолжительности 1,25÷4,5 часа, а при обескремнивании спековой пульпы известковым молоком проводят повторную виброкавитационную обработку в течение 20-30 минут при значениях окружной скорости 25-35 м/с.
