Способ переработки алюмосиликатного сырья

 

Изобретение относится к способам получения глинозема спеканием. Цель изобретения - повышение производительности процесса, извлечение полезных компонентов , снижение энергетических затрат. Для этого готовят шихту из алюмосиликатного сырья, известняка и оборотных продуктов, ее формуют в бесконечную ленту при влажности 5-15%, сушат до остаточной влажности не более 2% и спекают на поверхности слоя расплавленного металла с температурой на 30-250°С выше максимально допустимой температуры спекания шихты с перемещением ленты шихты по поверхности расплавленого металла. Спек выщелачивают . Данный способ позволяет повысить извлечение глинозема на 5%, увеличить производительность в 1,6-1,9 раза, снизить энергозатраты. 2 з.п. ф-лы, 2 табл. Известен способ получения портландцементного клинкера, при котором сырьевая смесь формуется в бесконечную ленту, сушится и обжигается на поверхности расплавленного чугуна. Этот способ обеспечивает интенсивную термообработку сыревой смеси, экологически достаточно чист. Однако параметры проведения процесса установлены применительно к конкретному материалуцементному клинкеру - и не могут быть использованы для термообработки других материалов, в частности для спекания шихты глиноземного производства. Такие параметры могут быть установлены только экспериментально при обработке конкретного материала. Ё 5 N ГО Ю GO

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК (51)5 С 01 F 7/38

ГОСУДАРСТВЕ ННЫЙ КОМИТЕТ

ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМ

ПРИ ГКНТ СССР

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (21) 4781258/26 (22) 27,11.89 (46) 23.06,92. Бюл. N 23 (71) Всесоюзный научно-исследовательский и проектный институт алюминиевой, магниевой и электродной промышленности и

Ленинградский технологический институт . им. Ленсовета (72) Н, Г, Срибнер, Л.. К. Цеховольский, B. А. Екимов, Г, А. Тимофеев, В. В. Никитин, Н. Ф. Федоров, А, П. Гаврилов и Н, И. Иванов (53) 669.712.64(088,8) (56) Авторское свидетельство СССР

N 1248199, кл. С 01 К 7/38, 984.

Авторское свидетельство СССР

М 672168, кл. С 04 В 7/36, 1977.

Авторское свидетельство СССР

N 867890, кл. С 04 В 1/00, 1978.

Киплер И. Н.,Лайнер Ю. А; Нефелины комплексное сырье алюминиевой промышленности. — M.: Металлургиздат, 1962, с. 90—

93;

Изобретение относится к способам переработки алюмосиликатного сырья на глинозем посредством.спекания.

Известен способ переработки глино-. земсодержащего сырья, включающий радиационное воздействие на движущийся слой материала пучком ускоренных электронов.

Известный способ обеспечивает активацию процесса спекания, интенсификацию взаимодействий. Однако в.ближайшем будущем не будет разработано излучателей необходимой мощности. Кроме того, эксплуатация радиационно опасного оборудования усложняет обслуживание, повышает капитальные затраты на обеспечение радиационной защиты., Ы,, 1742213 А1

2 (54) СПОСОБ ПЕРЕРАБОТКИ АЛЮМОСИЛИКАТНОГО СЫРЬЯ (57) Изобретение относится к способам получения глинозема спеканием. Цель изобретения — повышение производительности процесса, извлечение полезных компонентов, снижение энергетических затрат. Для этого готовят шихту из алюмосиликатного сырья. известняка и оборотных продуктов, ее формуют в бесконечную ленту при влажности 5 — 15% сушат до остаточной влажно- . сти не более 2% и спекают на поверхности слоя расплавленного металла с температурой на 30 — 250 С выше максимально допустимой температуры спекания шихты с перемещением ленты шихты по.поверхности расплавленого металла. Спек выщелачивают. Данный способ позволяет. повысить извлечение глинозема на 5,. увеличить производительность в 1,6-1,9 раза, снизить энергозатраты. 2 з,п. ф-лы, 2 табл, Известен способ получения портландцементного клинкера, при котором сырьевая смесь формуется в бесконечную ленту, сушится и обжигается на поверхности расплавленного чугуна.

Этот способ обеспечивает интенсивную термообработку сыревой смеси; экологически достаточно чист. Однако параметры проведения процесса установлены применительно к конкретному материалу — цементному клинкеру — и не могут быть использованы для термообработки других материалов, в частности для спекания шихты глиноземного производства. Такие параметры могут быть установлены только экспериментально при обработке конкретного материала, 1742213

Известен способ обработки карбонатного материала путем формования в бесконечную ленту, сушки и обжига последней на слое расплавленного металла, при этом ленту формуют с полостями на обращенной к 5 расплаву поверхности так, что площадь контакта ленты с расплавом составляет 5-20,ь всей поверхности ленты.

Этот способ уменьшает воэможность налипания на ленту обрабатываемого материала расплавленного металла -- теплоносителя. Недостатком данного способа является непрочность и довольно высокая вероятность разрушения ленты обрабатываемого материала. что связано со скоплением газов при декарбонизации материала в полостях, образованных лентой и теплоносителем, приводящим к повышению давления в этих полостях. Кроме того, возникают осложнения в результате брызгоуноса расплавленного металла под действием выделившихся из материала газов при выходе ленты из реактора.

Наиболее близким по технической сущности и достигаемому результату к предлагаемому является способ получения глинозема, включающий размол и смешение алюмосиликатного сырья, известняка и оборотных продуктов, корректирование глиноземсодержащей шихты, ее термообработку до максимально допустимой температуры спекания при контакте с теплоносителем, выщелачивание спека, разложение алюминатного раствора с выделением гидроксидэ алюминия путем карбонизации поступающими с передела спекания газами.

Термообработку осуществляют во вращающейся печи эа счет тепла продуктов сгорания органического топлива. Это обус. лавливает низкую удельную производительность процесса (сьем продукта с 1 м внутренней поверхности футеровки печи

25-35 кг/(м ч)), повышенный удельный расход топлива из-за повышенных потерь тепла через корпус вращающейся печи в окружающую среду и с отходящими газами, пониженное извлечение полезных компонентов при гидрохимической переработке спека из-за неравномерной термообработки отдельных гранул шихты, характерной для вращающихся печей при вводе всего топлива в разгрузочный.конец и высокой тепловой форсировке зоны горения — спекания. Поступающий со спекания на карбонизацию алюминатного раствора газ имеет . весьма низкую концентрацию COz (8-14@ иэ-за разбавления продуктами горения и подсосами воздуха в системе газоочистки, что приводит к повышенному расходу энер10

50 гии на его продавливание через слой раствора в карбонизаторах.

Цель изобретения — повышение производительности процесса, извлечение полезных компонентов, снижение энергетических затрат.

Поставленная цель достигается тем, что в способе переработки алюмосиликатного сырья, включающем приготовление шихты из алюмосиликатного сырья, известняка и оборотных продуктов, спекание и выщелачивание спека. шихту формуют в бесконечную ленту при влажности не более 2% и спекание ведут нэ поверхности слоя расплавленного металла с температурой на 30о

250 С выше максимально допустимой температуры спекания шихты, при скорости перемещения ленты шихты по поверхности расплавленного металла, определяемой согласно формуле

V=K

tð си где Ч вЂ” скорость перемещения ленты, м/с;

К вЂ” размерный коэффициент пропорциональности, равный (1.5 — 4,5) ° 10 м/с;

tp — температура расплавленного металла, Ос;

t« — максимально допустимая температура спекания шихты, С.

При формовании бесконечной ленты глиноэемсодержащей шихты со стороны расплава выполняют полости с отверстиями в своде с живым сечением 3 — 30 Д. Спекание ленты шихты на слое расплавленного металла проводят до степени взаимодействия компонентов 65 — 80%, а последующее спекание осуществляют во вращающемся барабане при скорости нагрева 0,5— t5 град/мин.

Способ осуществляют следующим образом.

Шихту до влажности формования 515 доводят путем фильтрации в случае ее приготовления "мокрым" способом с начальной влажности 30% или увлажнением при приготовлении "сухим" способом, Эту шихту формуют в бесконечную ленту (например, нэ ленточном прессе), содержащую с нижней стороны разделенные перегородками отдельные полости, имеющие в своде отверстия с живым сечением 3 — 30 . Эту ленту перемещают вдоль оси за счет, например, торцового усилия, развиваемого ленточным прессом, высушивают в камере сушки до остаточной влажности не более

2% и подают в реакционную камеру на слой расплавленного чугуна, Температуру расплавленного теплоносителя поддерживают на 30-250 С выше максимально допустимой

1742213 температуры спекания .шихты (которая для нефелино-известняковой шихты составляет примерно 1290 С).

Скорость продольного перемещения ленты по поверхности расплава выбирают пропорционально отношению выбранной температуры расплава и максимально допустимой температуры спекания шихты:

v = K (tp/ten), при диапазоне изменения размерного ко- 10 эффициента пропорциональности (1,5-4,5)х

10-3 /

Предлагаемый способ может быть осуществлен в две стадии спекания, при,этом термообработка ленты шихты в первую ста- 15 дию производится на слое расплавленного теплоносителя при приведенных характеристиках до достижения. степени взаимодействия компонентов шихты 65 — 80 ф,, а термообработка полученного полупродукта 20 во вторую стадию осуществляется в перееыпающем слое во вращающемся барабане при скорости нагрева 0,5 — 15 град/мин, Влажность формования глиноземсодержащей шихты 5-15 обеспечивает при- 25 менительно именно к этому материалу получение достаточно прочной и пластич-. ной ленты. При меньшей влажности лента склонна к растрескиванию и непрочна. при большей влажности не удается организо- . 30 вать стабильный непрерывный процесс формования, появляется тенденция к налипанию на формующие и транспортирующие поверхности контакта, лента легко деформируется; лучшие результаты при влажно- 35 сти 9 — 10%.

За максимально допустимую температуру спекания принимается температура, при которой достигается максимальное из-. влечение компонентов при выщелачивании 40 спека, имеющего достаточно высокую пори.стость. Превышение этой температуры приводит к резкому оплавлению спека, уменьшению его пористости. снижению извлечения компонентов. возрастанию возго- 45 на щелочей (для нефелино-известняковой шихты эта температура примерно составляет 1290ОС).

При температурс поверхности расплавс ленного теплоносителя на 30-250 С. превы- 50 шающей максимально допустимую температуру спекания,обеспечивается достаточно интенсивная теплопередача от,. расплава ленте шихты без разрыва ленты. - " налипания теплоносителя на ленту шихты, оплавления контактирующей поверхности ленты. При превышении температуры теплоносителя менее, чем на 30 С, снижается интенсивность теплообмена. уменьшается съем продукта с поверхности расплава, требуется увеличение времени термообработки, связанное с возгоном щелочей, снижением извлечения, проникновением .расплава в поверхностный слой ленты шихты. При превышении температуры теплоносителя более, чем на 250 С выше максимально допустимой температуры спекания шихты, происходит разрыв ленты изза черезмерно интенсивного выделения углекислого газа при декарбонизации, наблюдается интенсивное оплавление контактирующей поверхности ленты и налипание на ленту теплоносителя, во избежание чего требуется черезмерное увеличение скорости ленты, связанное с возможностью ее разрушения, а также со снижением извлечения из-за сокращения времени выдержки при максимальных температурах спекания. Кроме того, повышенная температура теплоносителя приводит к увеличению потерь тепла через корпус и ухудшению службы футеровки.

Скорость движения ленты по поверхности расплава выбирается пропорционально отношению принятой температуры расплава и максимально допустимой температуры спекания шихты, т.е. чем больше это соотношение, тем более высокую скорость ленты необходимо поддерживать во избежание оплавления поверхности контакта ленты шихты, возгона щелочей, Коэффициент пропорциональности в этом соотношении составляет (1,5-4,5) 10 м/с. При его величине менее 1 5 10 черезмерно уменьшается скорость и увеличивается время пребывания шихты на слое расплава, что ведет к возгону щелочей, прилипанию теплоносителя к ленте, снижению извлечения компонентов. При величине этого коэффициента более 4,5х х10 черезмерно возрастает скорость движения ленты и уменьшается время пребывания шихты в реакционной камере, в результате чего увеличивается вероятность разрушения ленты, снижается время пребывания при температурах спекания и, соответственно, степень взаимодействия компонентов, уменьшается извлечение глинозема из спека.

Лента шихты формуется с полостями на нижней поверхности, разделенными перегородками, Зто уменьшает поверхность контакта с расплавом и возможность его налипания, при этом интенсивность теплопередачи снижается незначительно ввиду весьма малого зазора между поверхностью ленты и расплавом.

В ленте над полостями выполнены вертикальные отверстия, имеющие живое сечение 3-307;. Отверетия служат для непрерывного отвода выделяющегося при

1742213

10 создание достаточно экологически чистого ном проведении спекания шихты на слое производства глинозема способом спека- расплавленного теплоносителя. причем н ния. Тепло от охлаждения ленты спека мо- опытах 3 — 5 величина параметров находится жет быть использовано для выработки в предлагаемых пределах, В качестветеплоэлектроэнергии, которая будет направлять- 5 носителя принят расплавленный серый чусянаподводтеплакрасплавленномутепло- гун, помещенный в графитовый реактор, носителю (например, в результате нагрев осуществляют высокочастотным иниспользования для бесконтактного охлаж- . дуктором, Нефелино-известняковую шихту, денияспеканизкокипящихжидкостей(типа приготовленную сухим способом и увлажфреона), пары которых подают в турбину 10 ненную до формовочной влажности, формуКефелинсодержащее сырье (щелочное ют на ленточном прессе в ленту толщиной алюмосиликатное сырье), известняк, обо- 5 мм и шириной 16 мм, которая перемещаротный белый шлам размалывают, смеши- ется по длине реактора за счет торцовых вают, корректируют до заданных усилий. развиваемых ленточным прессом. стехиометрических соотношений .15 Перед поступлением в реактор лента шихты (СаО/SiQz=2,0; Иа20(КгО)/А 20з =1.1). W x- подсушивается в сушильной камере до .зату подвергают термообработке до макси- данной остаточной влажности. При провемально допустимой температуры спекания дении опытов варьируется температура о

1290 С при контакте с теплоносителем. расплавленного теплоносителя, скорость

Спек выщелачивают оборотнымсодощелоч- 20 перемещения ленты, влажность формованым раствором; алюминатный раствор от- ния шихты, остаточная влажность ленты деляют от белитового шлама, который шихты перед поступлением на слой распланаправляют на производство цемента. Алю- . ва. Из реактора выходит газ, на .90-95% минатный раствор обескремнивают и под- содержащий СО (некоторое разбавление вергают карбонизации С02-содержащими 25 происходит за счет небольших подсосов печными газами спекания с .выделением воздуха, досушки и дегидратации шихты), гидроксида алюминия и подачей содового Применение такого концентрированного гараствора на выделение содопродуктов. за на карбонизации алюминатного раствора

П оказатели применения предлагаемо- . позволяет в = 5 раз сократить расход элекгои известногоспособов приведены в табл.1 30 троэнергии на его транспортирование за счет уменьшения расхода.

Опыт 1 осуществляют по известному Использование предлагаемого способа способу; Спекание шихты, приготовленной позволяет в 10 — 15 раз увеличить съем промокрым способом с влажностью 29%, осу- дукта с поверхности контакта обжигаемой ществляют во вращающейся печи 5 х 185 м 35 шихты и теплоносителя llo сравнению со при производительности 100 т/ч спека. Тер- спеканием во вращающейся печи, снизить мообработка производится за счет теплоты, расход энергии на спекании на 20 — 30%, увевыделяемой при сжигании органического личить извлечение глинозема при выщелатоплива, при непосредственном контакте чиванииспека на 1 — 1,5абс.%. поверхности пересыпающегося слоя мате- 40 В опытах 9 — 13 приведены результаты риала с газовым теплоносителем и с нагре- применения предлагаемого способа при той поверхностью футеровки. Отходящие осуществлении процесса спекания. в две газы на выходе из печи содержат 22-27% стадии с проведением нагрева и частично

СО . Ввиду их большой запыленности они декарбонизации и взаимодействия компопроходятмногоступенчатуюочистку впыле- 45 нентов в первую стадию на слое расплаввой камере, циклонах, электрофильтре, ленного теплоносителя, а завершающей скруббере-электрофильтре, где разбавля- стадии спекания в пересыпающемся слое во ются подсосами атмосферного воздуха до вращающейся барабанной печи„В опытах содержания СО = 10-15%. Газ с такой 10-12 параметры процесса находятся в концентрацией нагнетателями подают на 50 предлагаемых пределах. В табл. 2 приведекарбонизацию алюминатного раствора. ны опыты 9-13 и для сравнения опыт 6, где

Низкая эффективность теплопередачи процесс осуществлен в одну стадию на слое между газовым теплоносителем и поверхно- ° расплава. Ввиду того, что на первой стадии стью слоя материала и большое разбавле- не требуется длительной выдержки, в этих ние СО2 в печных газах ограничивают 55 опытах последовательно повышают темпеудельную производительность. увеличива- ратуру расплавленного теплоносителя и ют расход энергии на спекании и карбони- скорость движения ленты, что позволяет реза ции. гулировать степень взаимодействия в шихВ опытах2-бприведенырезультатыис- те на первой стадии. Регулирование пытания предлагаемого способа при пол- условий нагрева во вращающемся барабане

1742213

12 ф0,3 х 0,8 м осуществляется изменением наклона, частоты вращения, температуры теплоносителя. В результате двухстадийной обработки шихты по сравнению с обработкой в одну стадию на слое расплава 5. улучшается технологическое качество спека — увеличивается его пористость на =10, повышается извлечение глинозема на 11,5%, снижается удельный расход энергии на спекание на =ба, увеличивается удель- 10 ный съем продукта с 1 м поверхности рас2 плава в 1„6-1,9 раза.

Формула изобретения

1. Способ переработки алюмосиликат- 15 ного сырья, включающий приготовление шихты из алюмосиликатного сырья, известняка и оборотных продуктов, спекание и рыщелачивание спека, о т л и ч а ю щ и йс я тем, что, с целью повышения произво- 20 дительности процесса, извлечения полезных компонентов, снижения. энергетических затрат, шихту формуют в бесконечную ленту при влажности 5-15$ сушат до остаточной влажности не более 25

2, и спекание ведут на поверхности слоя

Значения показателей для опыта

Показатели

« «»

15 . 18

1290 1290 1290

1290

1290

1290.

1320.

1;023

1540 1570 .1 >194 1,217

1,116

1,016

280

150

250

1,22 1,54

2,80

5,84

5 37

Коэффициент пропорцио" нельности для определения скорости перемещеHIIR ленты по поверхности расплавленного металла, К 10> м/с (к - v/t /«,„)

Живое сечение отверстий в,ленте шихты t,7.

4,5

4,8

1,5

1,2

2,5

2,0

3,0

20,0

30,0

35.0

Влажность формуемой ленты шихты Чв,ь

Остаточная влажность лен« ты шихты после сушки И

Максимально допустимая температура спекания о

tet,1С

Темпера тура ра сплавленного металла-теплоносиР С

Отношение tp/t „

Разность между температурой расплавленного тепло". носителя и максимально допустимой температурой спекания (С„- t Ä), C

Скорость перемещения ленTbl iUHxTbl llo поверхности ре сплавленного металла, V 10> м/с расплавленного металла с температурой на

30 — 250 С выше максимально допустимой температуры спекания шихты, при скорости перемещения ленты шихты по поверхности расплавленного металла, определяемой по формуле

Ч = К тр/1сп, где Ч вЂ” скорость перемещения ленты;

К вЂ” размерный коэффициент пропорциональности, равный (1,5-4,5) 10 м/с;

ip — температура расплавленного металns oC

1сп — максимально допустимая температура спекания шихты, С.

2. Способ по и. 1, о т л и ч а «о шийся тем, что при формовании бесконечной ленты глиноземсодержащей шихты со стороны расплава выполняют полости с отверстиями в своде с живым сечением 3-30 .

3.Способпопп.1и2, отличаюшийся тем, что спекание ленты шихты на слое расплавленного металла проводят. до степени взаимодействия компонентов 6580®, а последующее спекание осуществляют во вращающемся барабане при скорости нагрева 0,5-15 град/мин, Таблица!

1742213

Продолжение табл 1

Показатели

Значения показателей для опыта

---- -т1 2 3 4 5

86 7. 88,0

89,0

86,8 87у5

86,6

210

380 450.

250

Удельный расход энергии на спекании,ИДж/т спека

3650

3600 3300

3180

3350

4600

Удельный расход энергии на карбонизации алюминатного раствора, ИДж/т глинозема 100 100

100

540 100

100

Налипание расплавленного металла на ленту шихты

Значи тельно

Стойкость ленты шихты при спекании на слое расплавленного металла

Хорошая стойИнтенсивный разрыв ленты по перемычкам между отверстиями

Отдельные случаи разрыва перемычек между от" верстиями

Отдельные слу" чаи разрыва . ленты

Интенсивные разрывы ленты кость

+ Величина съема стека с 1 мз внутрснней поверхности футеровки вращающейся печи в час

Т а б л и ц а 2

Показатели

Значения показателей для опыта

Количество стадий спека- ния

1 2, 2

Иаксимально допустимая температура спекания

Температура расплавлснного металла-теплоносителя ь, С

Отношение t

Разность (сР -с „), С

Коэффициент пропорчиональности сКорости перемещения ленты шихты по поверхности расплапленного металла К.10,м/с

1 440 1440 1 480

1530 1570

1, 186 1,2 17

240 280

l, 163

1,116

1,116

150

1,147

210

150

150

2,5 2,7

4,2

4,8

4 5

3>9

3,0

Скорость перемещения ленты шихты по поверхности расплавленного металла, V ° 10 м/с

5,3 . 5,8

2,8

4 5

4,9

Температура ленты шихты на выходе слоя расплавленного металла, С

Извлечение глинозема при выщелачивании спека (i) bpi03i 1

Удельная производительность (сьем спека с единицы поверхности расплавленного теплоносителя)С/F, кг спека м2.ч) Умеренно Отсутст- Незначи- Умеренно вует тельно

"-""-""---Г--"""""г

6 9 10 11 12 13

1290 1290 1290 . 1290 1290 1290

1290 900 950 1150 1050 930

1742213

Продолжение табл. 2

Значения показателей для опыта Г (" Г"

Показатели

Степень декарбонизации ленты аихты на выходе. со слоя расплавленного металла, Ф

1000 20 35 85 . 60 30

Степень взаимодействия компонентов шихты на выходе со слоя расплавленного металла (оценивается по величине извлечения глинозема при стан" дартом выщелачивании.

1 спека) С0«0 гоз температура обжигаемого материала в зоне спекания пересыпающегося во вращающемся барабане вто" рой стадии слоя, С

89, О 60 65 80 72 61

1290 1270 1270 1270 1270 1270

Скорость нагрева в пересыпающемся слое во вращающемся слое на второй стадии спекания, град/мин

18 15 6

0 5 0,3

Извлечение глинозема гри выщелачивании готового в спека Я д О,Ф

Пористость спека, Ф

89,7

90 5 89 9 89,1

40 38 . 33

89,0 .89,1

30 32

Удельная производительность (съем с единицы поверхности расплавленно" го теплоносителя в пересчете на спек)

G/F, кгф з ° u) 450 480 720 790 850 890

3180 3175 3120 3000 3100 3170

Удельный расход энергии на спеканнн,ИДж/т спека

Составитель Н, Срибнер

Редактор Н. Яцола Техред М.Моргентал . Корректор Т. Палий

Производственно-издательский комбинат "Патент", r. Ужгород, ул.Гагарина, 101

Заказ 2256 Тираж Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

113035. Москва, Ж-35, Раушская наб., 4/5