способ получения глинозема

Формула изобретения

1. Способ получения глинозема, включающий размол боксита, выщелачивание его в присутствии кальцийсодержащих добавок, отделение алюминатного раствора от нерастворимого остатка, разложение алюминатного раствора с получением гидроксида алюминия и маточного раствора и упаривание маточного раствора, отличающийся тем, что маточный раствор упаривают в две стадии, на первой стадии до концентрации каустической щелочи (Nа₂О_k) 180-220 г/л, а на второй до концентрации Nа₂О_k 250-300 г/л, при этом раствор после первой стадии упаривания направляют на выщелачивание, а раствор после второй стадии упаривания смешивают с маточным раствором.

2. Способ по п.1, отличающийся тем, что перед упариванием маточного раствора в него вводят 1-20 г/л кальцийсодержащей добавки в виде оксида, гидроксида или карбоната кальция.

3. Способ по п.1 или 2, отличающийся тем, что кальцийсодержащие добавки вводят на вторую стадию упаривания.

4. Способ по п.1, отличающийся тем, что раствор после второй стадии упаривания смешивают с маточным раствором в процессе упаривания.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к области цветной металлургии и может быть использовано в производстве глинозема по способу Байера.

Известны способы получения глинозема из бокситов по способу Байера, в которых регенерация маточных растворов декомпозиции производится посредством их упаривания (Light Metals 1992, The Minerals, Metals & Material Society, 167-171, 1992).

Общим недостатком известных способов является значительное зарастание осадками теплопередающих поверхностей в процессе упаривания маточного раствора. Осадки, как правило, состоят из алюмосиликатов, сульфатов, фторидов, солей органических кислот (оксалаты натрия) и т.д.

Наиболее близким по технической сущности и достигаемому эффекту является способ получения глинозема, включающий размол сырья, тепловую обработку суспензии в присутствии извести, извлечение оксида алюминия в жидкую фазу, отделение алюминатного раствора от осадка, разложение алюминатного раствора с получением маточного раствора и гидроксида алюминия, упаривание маточного раствора и кальцинацию гидроксида алюминия, направление упаренного маточного раствора на размол (А.И.Лайнер и др. Производство глинозема. 2-е изд. Металлургия, 1978, стр. 62-63).

Недостатком указанного способа является то, что при наличии в растворах значительного количества примесей (сода, сульфаты, фториды, оксалаты) имеет место интенсивное зарастание теплообменных поверхностей выпарных аппаратов, что снижает их производительность и приводит к увеличению тепловых затрат на производство глинозема.

Технической задачей настоящего изобретения является повышение производительности выпарных батарей и снижение тепловых затрат на упаривание растворов.

Решение технической задачи заключается в том, что в способе получения глинозема, включающем размол боксита, выщелачивание его в присутствии кальцийсодержащих добавок, отделение алюминатного раствора от нерастворимого остатка, разложение алюминатного раствора с получением гидроксида алюминия и маточного раствора и упаривание маточного раствора, последний упаривают в две стадии, на первой стадии до концентрации каустической щелочи (Na₂O_k) 180-220 г/л, а на второй до концентрации Na₂O_k 250-300 г/л, при этом раствор после первой стадии упаривания направляют на выщелачивание, а раствор после второй стадии упаривания смешивают с маточным раствором.

Перед упариванием маточного раствора в него вводят 1-20 г/л кальцийсодержащей добавки в виде оксида, гидроксида или карбоната кальция.

Кальцийсодержащие добавки вводят на вторую стадию упаривания.

Смешение упаренного и маточного растворов ведут в процессе упаривания.

Исследования показали, что при упаривании маточного раствора до концентрации 180-220 г/л, с последующим делением его на два потока, первый из которых направляют на выщелачивание боксита, а второй упаривают до концентрации 250-300 г/л и смешивают с маточным раствором, эффективность процесса Байера повышается за счет повышения коэффициента теплопередачи выпарных батарей.

Снижение концентрации на первой стадии упаривания ниже 180 г/л нецелесообразно из-за снижения эффективности выщелачивания, при повышении концентрации на первой стадии выше 220 г/л начинается кристаллизация карбонатов и сульфатов натрия, что делает необходимым организацию узла солевыделения.

При снижении концентрации Na₂O_k на второй стадии менее 250 г/л повышение эффективности работы выпарной батареи практически не происходит, при повышении концентрации выше 300 г/л заметно возрастает температурная депрессия, что в итоге снижает эффективность упаривания.

Введение кальцийсодержащей добавки в количестве менее 1 г/л практически не влияет на эффективность образования осадков на теплопередающих поверхностях, повышение концентрации кальцийсодержащей добавки выше 20 г/л нецелесообразно, так как практически не влияет на показатели работы выпарной батареи.

Пример конкретного осуществления

Исследования проводили в опытно-промышленных условиях (количество материала приведено на 1 т Аl₂О₃).

Боксит в количестве 2,8 т, со средним содержанием Аl₂О₃ 42,5% смешивали с 8,5 м³ оборотного раствора с концентрацией 210 г/л, добавляли в полученную пульпу известь из расчета 72 кг СаО, пульпу после размола в шаровых мельницах подвергали тепловой обработке в автоклавах при температуре 230°С. Пульпу после тепловой обработки разбавляли до 130 г/л Na₂O_k, отделяли шлам в системе сгущения и промывки, раствор подвергали декомпозиции в батарее декомпозеров непрерывного действия при затравочном отношении 3,8 и продолжительности декомпозиции 52 часа. Маточный раствор отделяли от гидроксида алюминия и направляли на выпарку. Выпарку осуществляли на 5-корпусной выпарной батарее до концентрации 210 г/л Na₂O_k. Выбор концентрации был обусловлен тем, что при этой концентрации отсутствовало выделение карбонатов и сульфатов натрия в твердую фазу.

В контрольном опыте частично упаренный маточный раствор после четвертого корпуса с концентрацией 210 г/л Na₂O_k разделили на два потока, первый поток направили на выщелачивание, а второй упарили до концентрации 280 г/л и смешали с маточным раствором. При упаривании до 280 г/л Na₂O_k имело место выделение в твердую фазу сульфатов и карбонатов натрия, которые при смешении упаренного и маточных растворов растворились.

Определяли производительность процесса по наработанному глинозему и расход тепла на 1 т глинозема. Также контролировали состояние теплопередающих поверхностей выпарной батареи.

Показатели контролировали в течение 1 месяца.

Во втором опыте в маточный раствор, поступающий на первую стадию упаривания, дополнительно вводили кальцийсодержащую добавку (СаО) в количестве 2,0 г/л, что позволило снизить толщину осадка на аппаратах 4 и 5 корпусов выпарной батареи до 0,5-0,8 мм.

В третьем опыте кальцийсодержащую добавку вводили на вторую стадию упаривания. Анализ осадков показал, что в этом случае на теплопередающих поверхностях уменьшилось содержание в осадках оксалата натрия, а общая толщина осадка снизилась 0,4-0,6 мм.

В опыте по прототипу, в котором весь поток маточного раствора упаривали до концентрации 210 г/л Na₂O_k, средняя производительность по глинозему составила 28,7 т/ч, расход тепла 3,6 Гкал/т, толщина осадка на трубках аппаратов 4 и 5 корпусов выпарной батареи 2-3 мм. Осадок на 80% состоял из алюмосиликата натрия. Батарея 4 раза промывалась кислотой.

Смешение маточного и упаренного растворов в процессе упаривания позволяет повысить эффективность теплообмена за счет полного использования тепла упаренных растворов после второй стадии упаривания.

В контрольном опыте среднемесячная производительность батареи составил 29,8 т/ч, т.е. увеличилась на 3,8%, расход тепла составил 3,2 Гкал/т, т.е. снизился на 11,1%. Корпуса выпарной батареи, работающие при повышенной температуре (110-150°С), за контролируемый период чистке не подвергались, толщина осадка на трубках аппаратов 4 и 5 корпусов выпарной батареи 1,0-1,5 мм.

Следовательно, по сравнению с прототипом производительность процесса повысилась на 3,8%, уменьшился расход тепла на упаривание на 11,1% и практически полностью исключены затраты на чистку выпарных батарей, что повысило степень использования оборудования выпарки с 78 до 92%.