Печь кальцинации гидроокиси алюминия

Министерство образования Российской Федерации

Государственное образовательное учреждение

Высшего профессионального образования

“Санкт-Петербургский государственный горный институт им. Г. В. Плеханова

(технический институт)”

Кафедра Печей, контроля и автоматизации металлургического производства.

Расчетно-графическое задание

            По дисциплине: Теория процессов и аппаратов очистки газов 

(наименование учебной дисциплины согласно учебному плану)

Тема: Печь кальцинации гидроокиси алюминия.                                                                                       

Выполнил: студент гр. ЭП-00                                               /Костичин Ю.А./

                        (подпись)                                                         (Ф.И.О.)

Дата: ___________

Проверил:    аспирант                                                       /Александров С. В./

                         (подпись)                                                      (Ф.И.О.)

Санкт-Петербург

2004 год

ПРОЦЕСС КАЛЬЦИНАЦИИ ГИДРООКИСИ АЛЮМИНИЯ

ОСНОВЫ ТЕОРИИ И ТЕХНОЛОГИИ

Кальцинация—это процесс обжига гидроокиси алюминия при температуре выше 1100 ° С c получением технической окиси алюминия — металлургического глинозема для электро­литического производства алюминия и неметаллургического глинозема для различных отраслей промышленности (электро­технической, электровакуумной, автомобильной, керамической и т. д.).

При обжиге материала последовательно протекают процессы сушки и дегидратации алюминия и прокалка окиси алюминия.

Металлургический глинозем получают прокалкой при 1200— 1250° С в течение 15—30 мин. В этих условиях вследствие малой скорости превращения у — α – Аl₂Оз в конечном продукте содер­жится 25—60% α – Аl₂Оз и 40—75% γ – Аl₂Оз. Такой глинозем в от­личие от 100%-ной γ – Аl₂Оз практически не гигроскопичен.

Неметаллургический глубоко прокаленный глинозем, содер­жащий >85% α – Аl₂Оз, получают при 1300—1400 ° С, а активный γ - глинозем — при 900—1100° С.

Технологические и аппаратурные условия осуществления процесса кальцинации должны обеспечивать: 1) минимальный удельный расход топлива; 2) минимальные капитальные и эксплу­атационные затраты; 3) получение готовой продукции нужного качества.

Качество различных сортов глинозема регламентировано ГОСТом (табл. 67), а кроме этого, определяется крупностью и формой зерен, насыпной плотностью, растворимостью в криолито-глиноземном расплаве и другими важными характеристи­ками. ГОСТом ограничено содержание в глиноземе лишь основных вредных примесей, всегда присутствующих в нем вследствие специфики производства, п. п. п. (влага). Железо и кремний как более электроположительные, чем алюминий, элементы переходят при электролизе криолито-глиноземных расплавов в катодный алюминий, загрязняя его. Примеси в глинозем переходят из гидроокиси, а также за счет истирания футеровки в печи. Следовательно, необходимо получать более чистую гидроокись алюминия и использовать в зоне высоких температур прочную и термостойкую футеровку.

Металлургический глинозем содержит обычно 0,3—0,5% Ка₂О. В исходной гидроокиси алюминия содержится щелочь; 1) входящая в решетку гидраргиллита (0,05— 0, 10%); 2) в составе гидроалюмосиликата (0,05—0,07%); 3) адсорбированная (0,15—0,30%). Глинозем с небольшим содержанием щелочи (0,25—0,3%) в практике чаще всего получают в результате хорошей отмывки гидроокиси от маточного раствора. К очень вредным примесям, не регламентированным пока ГОСТом, относятся ванадий, цинк и особенно — фосфор, находящиеся в некоторых сортах глинозема, получаемых способом Байера из бокситов с повышенным содержанием соединений этих элементов.

К важным показателям качества глинозема относятся его гранулометрический состав и сыпучесть. Эти показатели, а также содержание в глиноземе его α - модификации следует рассматривать совместно, так как они влияют на скорость растворения глинозема в электролите.

Для работы разных алюминиевых заводов мира требуется глинозем, неодинаковый по крупности и содержанию α – Аl₂Оз. Так, американские заводы требуют крупный, так называемый «песчаный» глинозем с зернами и агрегатами размером до 120—150 мкм и содержанием 10—20% α – Аl₂Оз, что обусловлено спецификой конструкции алюминиевых электролизеров заводов США.

Большинство европейских заводов предпочитает глинозем средней крупности (до 80—100 мкм) с содержанием 25—60% α – Аl₂Оз. Более крупный глинозем, а также глинозем с повышенным содержанием α - модифнкации медленнее растворяется в криолитовых расплавах, но меньше пылит и лучше транспортируется пневмотранспортом (течет). Во всех случаях следует стремиться к получению «непылящего» глинозема с минимальным количеством тонких фракций (<10 мкм). Это может быть достигнуто укрупнением частиц гидроокиси, классификацией глинозема или выводом пыли из печей кальцинации и другими методами.

Крупность глинозема определяется в основном размерами частиц и агрегатов исходной гидроокиси. При нагреве гидроокиси в интервале температур 400—600°С, когда происходит ее дегидратация, наблюдается некоторое измельчение материала, однако при дальнейшем нагреве и прокалке глинозема происходит его укрупнение в результате спекания мелких частичек до размеров, близких к размерам частиц и сростков исходной гидроокиси.

Некоторое разукрупнение глинозема происходит под влиянием температурного и механического воздействия (быстрый нагрев и быстрое охлаждение, активное перемешивание в печах кальцинации, холодильниках и в транспортных трубах).