Способ получения песчаного глинозема при переработке глиноземсодержащего сырья способом спекания
Владельцы патента RU 2381992:
Открытое акционерное общество "РУСАЛ Ачинский Глиноземный Комбинат" (ОАО "РУСАЛ Ачинск") (RU)
Изобретение относится к области металлургии и может быть использовано при получении песчаного глинозема из низкокачественного глиноземсодержащего сырья способом спекания. При переработке низкокачественного глиноземсодержащего сырья способом спекания гидроксид алюминия выделяют из алюминатного раствора в присутствии затравочного гидроксида алюминия последовательно карбонизацией и декомпозицией. На стадии карбонизации вводят затравочный гидроксид алюминия с содержанием класса -45 мкм в количестве 80-100%, и затравочное отношение поддерживают в пределах 0,02-0,25 ед. При карбонизации алюминатного раствора возможно введение модификатора роста кристаллов. Полученный гидроксид алюминия подвергают фильтрации, промывке и кальцинации. Изобретение позволяет получить однородный по грансоставу гидроксид алюминия с минимальным содержанием мелких и крупных фракций. Ожидаемый экономический эффект от получения песчаного глинозема составляет 3,53 млн. долларов в год. 1 з.п. ф-лы, 4 табл., 2 ил.
Изобретение относится к области получения металлургического глинозема при переработке низкокачественного глиноземсодержащего сырья.
Известен способ получения глинозема из низкокачественного глиноземсодержащего сырья (спекательных бокситов и нефелиновых руд), заключающийся в спекании его с известняком и содой с получением спека и алюминатного раствора после его выщелачивания, разложении полученного раствора с последовательным использованием приемов карбонизации и декомпозиции для выделения кристаллического гидроксида алюминия и последующей его кальцинацией [Лайнер А.И. и др. Производство глинозема. Москва, Издательство Металлургия, 1978, с.184-192].
Недостатком этого способа является получение глинозема мучнистого типа неоднородного гранулометрического состава, с большим количеством мелких фракций - 45 мкм.
Наиболее близким по технологической сущности и достигаемому результату является способ получения глинозема при переработке нефелиновых руд, включающий подготовку трехкомпонентной шихты (нефелин + известняк + сода) и ее спекание [Лайнер А.И. и др. Производство глинозема. Москва, Издательство Металлургия, 1978, с.188]. Из спека после проведения операций выщелачивания и обескремнивания получают алюминатный раствор, из которого в присутствии затравочной гидроокиси, применяя последовательно карбонизацию и декомпозицию, выделяют гидроксид алюминия и кальцинируют для получения глинозема.
Недостатком этого способа является получение глинозема промежуточного или мучнистого типа неоднородного гранулометрического состава с большим количеством до 35% как мелких менее 45 мкм (-45 мкм), так и крупных более 125 мкм (+125 мкм) частиц.
При проведении процесса электролиза такого глинозема отмечают ухудшение показателей электролиза по сравнению с импортным песчаным, содержащим не более 10% классов -45 мкм и не более 10% +125 мкм:
- увеличение потерь глинозема при транспортировке и загрузке в ванны из-за большого количества мелких фракций;
- снижение скорости растворения глинозема в электролите из-за большого количества крупных фракций;
- увеличение частоты анодных эффектов и снижение выхода алюминия по току;
- снижение скорости истечения глинозема в системе АПГ при точечном питании электролизеров.
Цель изобретения - получение глинозема однородного состава, так называемого «песчаного типа» или «Sandi» с содержанием классов -45 и +125 мкм не более 10% по каждому, улучшение потребительских свойств глинозема и улучшение показателей процесса электролиза.
Поставленная цель достигается тем, что на стадии карбонизации используется мелкая затравочная гидроокись в количестве 80-100%, полученная выделением классов менее 45 мкм из продукционного или затравочного гидроксида алюминия, при затравочном отношении (З.О. = отношению количества глинозема, содержащегося в затравке, к глинозему, находящемуся в растворе) 0,02-0,25 ед. с применением модификаторов роста кристаллов (МРК) для интенсификации агломерации мелких частиц.
Заявленный способ в отличие от известных способов и от способа, принятого за прототип, обладает наличием новых отличительных признаков.
Отличительной особенностью предлагаемого способа является классификация гидроокиси алюминия, полученной на 1 стадии карбонизации либо на стадии декомпозиции, с выделением из нее фракций менее 45 мкм и возврат их в голову процесса для укрупнения (агломерации).
В отличие от существующего способа карбонизации для ускорения агломерации частиц в алюминатный раствор, поступающий на карбонизацию, вводится синтетический реагент - модификатор роста кристаллов (МРК), позволяющий ускорить агломерацию частиц. В качестве МРК используется смесь органических компонентов, в состав которых входят алифатические компоненты и ПАВ, например минеральные масла, остатки дистилляции жирных спиртов и их производных. ПАВ компоненты сильно влияют на поверхностную адсорбцию и могут уменьшать поверхностное натяжение растворителя и изменять поверхностный состав и структуру системы при внесении их в малых дозах. Механизм действия ПАВ зависит от их адсорбции на поверхности и образовании мицелий в растворе.
Необходимость улучшения гранулометрического состава гидроксида алюминия обусловлена тем, что от его крупности и однородности зависит гранулометрический состав товарного глинозема.
При применении неклассифицированной затравки в способе, принятом за прототип, в продукционном гидроксиде получают до 22% класса -45 мкм и до 35% класса +125 мкм (табл.1, п.1). При кальцинации кристаллы несколько измельчаются и в товарном глиноземе содержится до 25% класса -45 мкм, до 30% +125 мкм. Количество фракций 45÷125 мкм наиболее благоприятных для проведения электролиза не превышает 50%, против 75-80% в импортном глиноземе.
| Таблица 1 | ||||
| Гранулометрический состав продуктов | ||||
| -45 мкм, % | +125 мкм, % | ⌀ средний, мкм | Содержание класса 45-125 мкм, % | |
| 1. Прототип | ||||
| гидроксид | 22 | 35 | 103 | 43 |
| глинозем | 25 | 30 | 99 | 45 |
| 2. Предлагаемый способ | ||||
| гидроксид | 7,1 | 5,2 | 72,1 | 87,7 |
| глинозем | 9,5 | 3,2 | 69,8 | 87,3 |
| Таблица 2 | |||
| Гранулометрический состав вводимой затравки | |||
| -45 мкм, % | +125 мкм, % | ⌀ средний, мкм | |
| 1. Прототип | 22 | 35 | 103 |
| 2. Предлагаемый способ | 98 | 0 | 24 |
Лабораторными исследованиями установлено, что применение неклассифицированной затравки (табл.2, п.1) при карбонизации приводит к получению неоднородного по грансоставу гидроксида алюминия, более равномерный гидроксид получается при карбонизации без затравки, но при этом в глиноземе повышается до 0,47% содержания щелочи (табл.3, п.1), что выше допустимого по ГОСТ.
Ввод на стадию карбонизации мелкой затравки (табл.2, п.2) позволяет получить более равномерный по грансоставу гидроксид алюминия с малым содержанием крупных фракций (см. фиг.1) и низким содержанием щелочи, не более 0,35%, но количество мелких фракций останется на уровне 22,6% (табл.3, п.2).
С целью снижения содержания мелких фракций в алюминатный раствор перед карбонизацией вводят синтетическую добавку - модификатор роста (МРК), который усиливает агломерацию мелких частиц и позволяет получить гидроксид с содержанием мелочи не более 10%. Содержание классов 45÷125 мкм составляет 87% (табл.3, п.3).
Кристаллооптический анализ показал, что осадок состоит из однородных частиц.
Предлагаемый способ опробован в полупромышленном масштабе при получении глинозема из Кия-Шалтырского нефелина в ОАО «АГК». Основные переделы при переработке нефелина способом спекания: приготовление шихты, получение спека и его выщелачивание, обескремнивание алюминатных растворов, фильтрация и промывка гидроксида алюминия и последующая его кальцинация работали без изменения схемы. В процессе последовательной карбонизации и декомпозиции обескремненных алюминатных растворов дополнительно проводилось выделение фракций гидроксида алюминия менее 45 мкм и их агломерация.
Для этого в существующую схему получения гидроксида алюминия при последовательной карбонизации и декомпозиции алюминатных растворов дополнительно были введены (см. фиг.2):
- узел классификации продукционной пульпы после хвостовых декомпозеров содощелочной ветви с выделением мелких фракций -45 мкм в отдельный продукт и крупных фракций +45 мкм в виде продукционной пульпы гидроксида алюминия с содержанием фракций -45мкм не более 10%;
- узел сгущения выделенной «мелочи» на одноярусных сгустителях диаметром 15 м с добавкой флокулянта для увеличения скорости осаждения фракций -45 мкм с получением чистого слива;
- узел фильтрации, состоящий из двух барабанных фильтров БОУ-40 и мешалок под ними для репульпации полученного кека глубоко обескремненным алюминатным раствором (10% от общего потока);
- узел дозировки пульпы мелких фракций на агломерацию в головные карбонизаторы содовой ветви;
- узел приготовления и дозировки модификатора роста кристаллов для повышения эффективности агломерации.
Полупромышленные испытания агломерации на одной третьей части общего потока алюминатного раствора потока показали снижение содержания классов менее 45 мкм в глиноземе на 3%, при использовании способа на всем потоке снижение составит не менее 10%.
Предлагаемый способ позволит снизить, по сравнению с прототипом, содержание мелких и крупных фракций и получить однородный по структуре глинозем. При фильтрации и промывке гидроксида алюминия снизится влажность гидроксида алюминия на 1-1,5% за счет более равномерного распределения материала в отфильтрованном слое при снижении количества мелочи с 20 до 7% и уменьшится расход мазута на кальцинации, экономия составит 44,4 тыс. долл., см. табл.4. При электролизе за счет снижения содержания классов -45 мкм с 24,5% до 10% согласно «Технико-экономической оценке эффективности использования глинозема с различным содержанием фракции 45 мкм в производстве алюминия» суммарное увеличение прибыли составит 5,76 долл./т алюминия. Суммарный экономический эффект при удельном расходе 1,924 т глинозема на 1 т алюминия и выпуске 1110 тыс. т глинозема в год составит 3,53 млн. долл.
| Таблица 3 | |||||
| Гранулометрический состав продуктов | |||||
| -45 мкм, % | +125 мкм, % | ⌀ средний, мкм | Содержание класса 45-125 мкм, % | Содержание R2O общ, % | |
| Прототип | 1. Без затравки | ||||
| гидроксид | 20,3 | 8,6 | 71,7 | 73,1 | 0,47 |
| глинозем | 24,5 | 6,6 | 69,1 | 69,1 | 0,47 |
| Предлагаемый способ | 2. С мелкой затравкой | ||||
| гидроксид | 22,6 | 0,2 | 56,6 | 77,2 | 0,35 |
| глинозем | 24,8 | 0,1 | 55,1 | 75,1 | 0,35 |
| Предлагаемый способ | 3. С мелкой затравкой и модификатором | ||||
| гидроксид | 7,1 | 5,2 | 72,1 | 87,7 | 0,35 |
| глинозем | 9,5 | 3,2 | 69,8 | 87,3 | 0,35 |
| Таблица 4 | |||
| Ожидаемый экономический эффект от получения песчаного глинозема | |||
| Статья экономии | На 1т глинозема | Цена за ед., долл. | На выпуск 1110 тыс. т глинозема в год, долл. |
| Экономия мазута при снижении влажности гидроксида на 1,5% | 0,0018 т | 100 | 200 000 |
| Увеличение прибыли от улучшения показателей электролиза | 3$ | 3 | 3 330 000 |
| Суммарный эффект | 3 530 000 |
1. Способ получения глинозема песчаного типа при переработке низкокачественного глиноземсодержащего сырья способом спекания, включающий выделение гидроксида алюминия из алюминатного раствора в присутствии затравочного гидроксида алюминия последовательно карбонизацией и декомпозицией, фильтрацию, промывку гидроксида алюминия и его последующую кальцинацию, отличающийся тем, что на стадию карбонизации вводят затравочный гидроксид алюминия с содержанием класса -45 мкм в количестве 80-100%, и затравочное отношение поддерживают в пределах 0,02-0,25 ед.
2. Способ по п.1, отличающийся тем, что при карбонизации вводят модификатор роста кристаллов.
