Производство глинозема: Лабораторный практикум по дисциплине «Металлургия легких металлов»

Л А Б О Р А Т О Р Н А Я     Р А Б О Т А    1

ПОЛУЧЕНИЕ ГЛИНОЗЕМА ИЗ ДИАСПОРОВЫХ И

ДИАСПОРО-БЕМИТОВЫХ БОКСИТОВ ПО СПОСОБУ БАЙЕРА

Введение

Способ Байера является наиболее распространенным и относительно простым методом получения глинозема. Однако для его осуществления требуются высококачественные бокситы с низким содержанием кремнезема (2 ...5 %).

Способ Байера основан на свойстве алюминатных растворов находиться в метастабильном состоянии при повышенных температурах и концентрациях и на самопроизвольном их разложении с выделением в осадок гидроксида алюминия при понижении температуры и концентрации. В основе способа лежат следующие основные реакции:

Al₂O₃ · xH₂O + 2NaOH + (3 – x)H₂O        2NaAl(OH)₄,          (1)

NaAl(OH)₄           Al(OH)₃ + NaOH                                                (2)

Устойчивость алюминатных растворов при 95...100 ˚С используют для отделения от него красного шлама (нерастворимых минералов и новообразований гидроалюмосиликатов натрия и кальция).

Алюминатные растворы в качестве основных компонентов содержат алюминат натрия и едкий натр, в меньших количествах присутствует сода. Важной характеристикой алюминатных растворов является каустический модуль – молярное отношение каустической щелочи к :

,                                               (3)

Технологическая схема получения глинозема по способу Байера показана на рисунке 1. Для извлечения глинозема боксит тонко измельчают и подвергают обработке в автоклавах оборотным алюминатным раствором. Количество алюминатного раствора для выщелачивания боксита рассчитывают по уравнению:

 ,         (4)

где  – объем оборотного раствора на 1 т боксита, м³;

 – количество  на 1 т боксита, кг;

 и  – каустические модули оборотного и алюминатного растворов соответственно;

 – общее содержание  в оборотном растворе, кг/м³;

 и  – содержание в 1 т боксита растворимых  и , кг.

На скорость и степень выщелачивания бокситов оказывают влияние следующие факторы: температура, концентрация щелочи и каустический модуль оборотного раствора, крупность измельченного боксита, скорость перемешивания пульпы и добавка извести.

Вскрытие гиббситовых бокситов с приемлемой для практики скоростью осуществляется при 95...105 ºС, бемитовых – при 150...200 ºС и диаспоровых – при 230...245 ºС при использовании оборотных растворов с 280...300 г/л .

Легковскрываемые гиббситовые бокситы измельчают перед выщелачиванием до крупности менее 0,2...0,5 мм; трудновскрываемые диаспоровые бокситы измельчают до зерен менее 0,07...0,08 мм.

Процесс выщелачивания в зависимости от условий протекает в кинетической или диффузионной областях. Выщелачивание трудновскрываемых диаспоровых бокситов при 230...245 ºС протекает в начальной стадии в кинетической, а в завершающей – в смешанной и диффузионной областях. Перемешивание при выщелачивании бокситов играет положительную роль.

Интенсификация процесса выщелачивания наблюдается при увеличении концентрации каустической щелочи и каустического модуля оборотного алюминатного раствора.

В процессе выщелачивания, помимо , в растворе растворяются и другие компоненты боксита. Высокой растворимостью в щелочном растворе обладает кремнезем:

SiO₂ + 2NaOH = Na₂SiO₃ + H₂O                                            (5)

Рисунок 1 – Принципиальная схема производства глинозема по способу Байера

1,7Na₂SiO₃ + 2NaAl(OH)₄ = Na₂O·Al₂O₃·1,7SiO₂·1,3H₂O +

+ 3,4NaOH                                                                                               (6)

Образованием гидроалюмосиликата натрия обуславливаются основные химические потери оксида алюминия и щелочи с отвальным красным шламом. Поэтому способом Байера перерабатывают низкокремнистые бокситы, кремневый модуль которых не превышает значений, равных 6...7:

(мас.) < 6...7                                                  (10)

Положительное влияние извести заключается в увеличении скорости и глубины растворения минералов диаспора и бемита. При добавлении извести образуется гидроалюмосиликат кальция 3CaO·Al₂O₃·SiO₂·xH₂O, который является менее растворимым, чем гидроалюмосиликат натрия, и препятствует осаждению последнего на зернах алюминиевых минералов.