Способ получения глинозема



Способ получения глинозема

 


Владельцы патента RU 2564360:

Общество с ограниченной ответственностью "Объединенная Компания РУСАЛ Инженерно-технологический центр" (RU)

Изобретение может быть использовано в металлургической области, при переработке алюминийсодержащего сырья. Способ получения глинозема включает обработку алюминийсодержащего сырья соляной кислотой, выделение из осветленного хлоридного раствора кристаллов гексагидрата хлорида алюминия и их двухстадийное термическое разложение с получением глинозема. Вторую стадию термического разложения проводят при температуре 150-450°C и непрерывной подаче водяного пара при отношении суммарной массы поданного пара к массе полученного глинозема равном 0,2-5,7. Изобретение позволяет повысить качество глинозема, а именно снизить содержание остаточного хлора до 0,01% и содержание альфа-фазы до 10%, снизить энергозатраты в 1,5-2 раза при высокой производительности процесса.1 табл.

 

Изобретение относится к металлургии, в частности к кислотным способам получения глинозема, и может быть использовано при переработке алюминийсодержащего сырья, в том числе низкосортного.

Известен солянокислотный способ получения глинозема путем кислотной обработки предварительно обожженного сырья, высаливания хлористым водородом из осветленного раствора гексагидрата хлорида алюминия (AlCl3·6H2O) с последующим термическим разложением его до оксида, при температуре 110-140°C в присутствии водяного пара при соотношении H2O:Al2O3 в интервале (5,8-7,2):1 (SU, авторское свидетельство №1258815, C01F 7/22, Опубл. 23.09.1986 г.). Такой способ позволяет проводить разложение при невысоких температурах и получать глинозем в основном в гамма-модификации и с малым содержанием остаточного хлора (0,0025-0,0030%). Режимные параметры выбраны с целью попутной регенерации соляной кислоты с концентрацией хлористого водорода около 20%, возвращаемой на операцию кислотной обработки.

К недостаткам этого способа относятся длительность, малая производительность и существенные тепловые затраты на нагрев пара до требуемой температуры при необходимости подачи его в течение всего процесса. Кроме того, 20-процентная концентрация соляной кислоты, подаваемой на кислотную обработку сырья, не является оптимальной и лучшие результаты по переводу алюминия в раствор достигаются с применением более крепкой кислоты.

Наиболее близким к заявленному способу является способ получения глинозема, раскрытый в патентной заявке ЕР 0094081 А2 (МПК C01F 7/30, опубл. 1983 г.), включающий обработку алюминийсодержащего сырья соляной кислотой, выделение из осветленного хлоридного раствора кристаллов гексагидрата хлорида алюминия и их двухстадийное термическое

разложение с получением металлургического глинозема, при этом на вторую стадию термического разложения непрерывно подают водяной пар. Согласно этому способу первая стадия термического разложения проводится при 200-400°C, а вторая стадия при 900-1100°C.

К недостаткам данного способа следует отнести высокое (0,1%) содержание хлора в продукте, которое приблизительно в 10 раз превышает допустимые для металлургического глинозема пределы. Расход тепловой энергии при таком способе разложения AlCl3·6H2O достигает 15 ГДж на 1 т полученного глинозема. Нагрев материала до 1000°C в данных условиях приводит к повышению содержания в глиноземе альфа-фазы (70% и более), что делает продукт не пригодным для использования в металлургических целях. Высокая температура процесса значительно увеличивает потери тепла в окружающую среду.

В основу изобретения положена задача, заключающаяся в разработке солянокислотного способа получения металлургического глинозема, в том числе из низкосортного сырья, позволяющего перерабатывать бедные высококремнистые руды и отходы.

Техническим результатом является повышение качества глинозема и снижение энергозатрат при высокой производительности процесса.

Достижение вышеуказанного технического результата достигается тем, что в способе получения глинозема, включающем обработку алюминийсодержащего сырья соляной кислотой, выделение из осветленного хлоридного раствора кристаллов гексагидрата хлорида алюминия и их двухстадийное термическое разложение с получением глинозема, вторую стадию термического разложения проводят при температуре 150-450°C и непрерывной подаче водяного пара при отношении суммарной массы поданного пара к массе полученного глинозема равном 0,2-5,7.

Положительный эффект введения водяного пара начинает сказываться при значении 0,2 в заявляемом интервале. При значении 5,7 он достигает

максимума, и дальнейшее повышение расхода пара приводит к непроизводительным тепловым потерям.

Термическое разложение гексагидрата хлорида алюминия является вариантом его гидролиза (термогидролиза), однако в технической литературе обычно именуется кальцинацией и представляется суммарным уравнением:

На самом деле процесс идет через промежуточный ряд превращений основных хлористых солей алюминия (оксихлоридов) различной основности и степени гидратации. Некоторые из этих промежуточных и не всегда последовательных реакций могут быть записаны в виде:

Реакция (2) протекает с выделением воды, которой по стехиометрии с избытком хватает для завершения суммарной реакции (1). Однако по литературным данным и результатам собственных исследований при температурах 100-500°C процесс прекращается, когда материал представляет собой смесь оксихлоридов алюминия, поскольку вода в виде пара быстро выносится из зоны реакции, не успев прореагировать с промежуточными продуктами разложения по реакциям (3)-(5). Дальнейшие превращения возможны только при повышении температуры до 900-1000°C в присутствии топочных газов, как это реализуется в прототипе. Причем существенную роль здесь играет вода, содержащаяся в продуктах сгорания органического топлива. Однако этого водяного пара не хватает для быстрого и эффективного завершения образования глинозема.

Ситуация меняется коренным образом, если по завершении стадии образования оксихлоридов алюминия в процесс принудительно ввести воду в виде пара. Тогда реакции (3)-(5) протекают без осложнений, причем оксид алюминия образуется по гидротермальному механизму, как это описано в аналоге. Процесс гидролиза с избытком воды идет глубоко и необратимо, поэтому концентрация остаточного хлора в конечном продукте минимальна, так же как и содержание альфа-фазы, поскольку условия для ее образования крайне ограничены. Необходимость в проведении второй стадии при высокой температуре отпадает. В результате достигается приблизительно двукратное снижение потребляемой тепловой энергии.

Способ получения глинозема осуществляется следующим образом.

Алюминийсодержащее сырье выщелачивают соляной кислотой, удаляют твердую фазу и проводят выделение кристаллов гексагидрата хлорида алюминия путем упаривания осветленного хлоридного раствора или высаливания газообразным хлористым водородом. Выделенные кристаллы подвергают нагреву в произвольно выбранном печном агрегате при температуре 110-250°C до образования оксихлоридов алюминия и заметного торможения дальнейших химических превращений ввиду израсходования воды, выделившейся при дегидратации исходного продукта (первая стадия). Далее в печной агрегат подают водяной пар при отношении суммарной массы поданного пара к массе получаемого глинозема равном 0,2-5,7, и завешают процесс (вторая стадия). Температуру на второй стадии достаточно поддерживать на уровне 150-450°C, что значительно снижает тепловые потери, а заявляемое отношение суммарной массы поданного пара к массе получаемого глинозема в пределах 0,2-5,7 позволяет минимизировать расход тепла на перегрев пара в зависимости от выбранного типа печного агрегата, поскольку условия взаимодействия твердого материала с газовой (паровой) фазой различны.

Подачей водяного пара только на вторую стадию разложения гексагидрата хлорида алюминия достигается уменьшенный расход пара при

высоком качестве глинозема и производительности процесса. Предварительная оценка показывает, что таким образом удается снизить суммарные затраты тепловой энергии при разложении гексагидрата хлорида алюминия в 1,5-2 раза.

Способ получения глинозема иллюстрируется следующими примерами.

Навеску каолина массой 100 г с содержанием основных компонентов, %: Al2O3 36,4; SiO2 45,3; Fe2O3 0,78; TiO2 0,51; CaO 0,96; MgO 0,49 смешали с с 25-процентным раствором соляной кислоты при Ж:Т=4:1, поместили в тефлонированный автоклав и выдерживали в условиях перемешивания при 180°C в течение 3 ч. По окончании процесса полученную пульпу отфильтровали, осветленный хлоридный раствор барботировали газообразным хлористым водородом до выделения кристаллов гексагидрата хлорида алюминия, которые промыли 38-процентной соляной кислотой на фильтре. Всего получили 151,3 г AlCl3·6H2O. Кристаллы поместили в трубчатую лабораторную печь, нагретую до 200°C, и выдержали в ней в течение 0,5 ч, завершив на этом первую стадию разложения. После этого печь стали продувать водяным паром, поступающим из колбы с кипящей водой, осуществляя вторую стадию разложения. Расход пара определяли по массе выкипевшей воды, стараясь выдерживать заявляемое отношение суммарной массы поданного пара к массе получаемого глинозема в пределах 0,2-5,7. Продолжительность второй стадии не превышала 0,5 ч.

В последующих опытах условия проведения второй стадии варьировали. Результаты опытов представлены в таблице примеров, из которой следует, что в соответствии с современными требованиями к металлургическому глинозему (содержание альфа-фазы не более 10%, содержание хлора не более 0,01%) примеры 1, 2 и 12 не позволили получить полностью качественный продукт. Остальные примеры дали положительные результаты. При этом границы интервала температур второй стадии оказались ограничены пределами 150-450°C. Только в этих заявляемых

пределах удалось обеспечить требуемые показатели качества (примеры 3-11). Дополнительным ограничением стало время пребывания материала, однако оно будет зависеть от типа печного агрегата, то есть при температуре 150°C (нижний предел заявляемого интервала) может быть получен глинозем с различным содержанием хлора, соответствующим или не соответствующим требованиям (примеры 1-2).

То же самое касается значения температуры 450°C (верхний предел заявляемого интервала). Здесь в зависимости от времени пребывания материала может быть соблюдено или не соблюдено требование по содержанию альфа-фазы (пример 12).

В совокупности заявляемый температурный режим и количество подаваемого водяного пара обеспечивают гидротермальные условия протекания процесса на второй стадии. Доказательством этому является низкое содержание хлора в глиноземе при всех заявляемых условиях и наличие альфа-фазы в продукте уже при 250°C, что при обычной кальцинации глинозема достижимо только при температуре свыше 1000°C.

Для промышленной реализации способа целесообразно применение двух последовательных печных агрегатов, позволяющих проводить двухстадийное разложение гексагидрата хлорида алюминия в непрерывном режиме с подачей водяного пара только во второй агрегат.

Таблица
Пример Условия второй стадии разложения AlCl3·6H2O Фазовый состав глинозема Содержание хлора в глиноземе, %
Температура, °C Время выдержки, мин
1 150 20 гамма 0,052
2 150 40 гамма 0,023
3 150 60 гамма 0,009
4 250 20 гамма 0,010
5 250 40 гамма и следы альфа 0,008
6 250 60 гамма и следы альфа 0,004
7 350 20 гамма и следы альфа 0,004
8 350 40 гамма и следы альфа 0,0035
9 350 60 гамма и 1-2% альфа 0,0032
10 450 20 гамма и 3% альфа 0,0028
11 450 40 гамма и 6% альфа 0,0023
12 450 60 гамма и 12% альфа 0,0023

Способ получения глинозема, включающий обработку алюминийсодержащего сырья соляной кислотой, выделение из осветленного хлоридного раствора кристаллов гексагидрата хлорида алюминия и их двухстадийное термическое разложение с получением глинозема, отличающийся тем, что вторую стадию термического разложения проводят при температуре 150-450°C и непрерывной подаче водяного пара при отношении суммарной массы поданного пара к массе полученного глинозема равном 0,2-5,7.



 

Похожие патенты:
Изобретения могут быть использованы в химической и электронной промышленности. Способ получения α-оксида алюминия для получения монокристалла сапфира включает этап, на котором смешивают 100 массовых частей α-оксида алюминия (I) и 25-235 массовых частей α-оксида алюминия (II).
Изобретение может быть использовано в химической и электронной промышленности. Объем на одну частицу α-оксида алюминия для получения монокристаллического сапфира составляет не менее 0,01 см3, относительная плотность не менее 80%, объемная плотность агрегата 1,5-2,3 г/см3, и его форма представляет собой любую форму из сферической формы, цилиндрической формы и брикетоподобной формы.

Изобретение относится к способу получения оксида алюминия в виде порошков или агломератов с частицами, имеющими сотовую пористую структуру. Способ включает обработку соли алюминия раствором щелочного реагента, промывку осадка и его термообработку.

Изобретение относится к неорганической химии и может быть использовано при получении люминофоров для покрытий флуоресцентных ламп. Гамма оксид алюминия, полученный из квасцов, в количестве 85%-95% по массе смешивают с 0,4%-1,8% по массе спекающего агента - NH4F и 2,5%-13% по массе зародышей альфа оксида алюминия.
Изобретение относится к цветной металлургии, в частности к технологии комплексной переработки сырья, содержащего оксиды алюминия и кремния, и может быть использовано для получения глинозема, кремнезема и тяжелых цветных металлов.

Изобретение относится к абразивной промышленности, а именно к получению нормального электрокорунда плавкой сырой бокситовой шихты. .

Изобретение относится к огнеупорной промышленности, а именно к способам получения электрокорунда и других плавленых материалов на основе глинозема (муллита, бадделеито-корунда, алюмомагнезиальной шпинели и др.) путем плавки в электродуговых печах глиноземсодержащих материалов, которые используются для производства высококачественных огнеупоров.

Изобретение относится к абразивной промышленности, а именно к получению нормального электрокорунда плавкой сырой бокситовой шихты. .

Изобретение относится к кислотным способам получения глинозема и может быть использовано при переработке низкосортного алюминийсодержащего сырья. Способ получения глинозема включает обжиг сырья, обработку его соляной кислотой, высаливание хлорида алюминия путем насыщения осветленного хлоридного раствора газообразным хлористым водородом, кальцинацию хлорида алюминия для получения оксида алюминия и пирогидролиз маточного раствора с возвратом хлористого водорода на стадии кислотной обработки и высаливания.

Изобретение относится к способу выделения существенно чистых глинозема и кремнезема из сырья, содержащего алюмосиликаты, и, конкретно, из отходов производства, образующихся при сгорании каменного угля.

Изобретение может быть использовано в металлургической области. Способ получения глинозема включает обработку алюминийсодержащего сырья соляной кислотой, кристаллизацию гексагидрата хлорида алюминия из осветленного хлоридного раствора, двухстадийное термическое разложение гексагидрата хлорида алюминия с получением глинозема и термогидролиз маточного раствора с выделением гематита. Первую стадию термического разложения гексагидрата хлорида алюминия ведут до образования оксихлоридов и аморфного гидроксида алюминия, часть их порционно вводят в осветленный раствор перед кристаллизацией гексагидрата хлорида алюминия до достижения pH, равного 1,6-2,2, образовавшийся при этом осадок гидроксида железа отделяют и смешивают с маточным раствором, а часть полученного гематита возвращают в осветленный раствор после достижения pH, равного 1,6-2,2. Изобретение позволяет повысить качество глинозема, снизив содержание Fe2O3 в продукте на 0.003-0.007% (абс.) без введения в технологию посторонних реагентов. 1 ил., 1 табл., 1 пр.
Изобретение может быть использовано в металлургической области. Способ получения глинозема включает обработку алюминийсодержащего сырья соляной кислотой, кристаллизацию гексагидрата хлорида алюминия путем выпаривания осветленного хлоридного раствора и термическое разложение гексагидрата хлорида алюминия с образованием глинозема. Кристаллизацию ведут с добавлением хлорида кальция при отношении массы хлорида кальция к расчетной массе глинозема в осветленном растворе, равном 2-4 в присутствии затравочных кристаллов гексагидрата хлорида алюминия со средним размером частиц 250-500 мкм. Изобретение позволяет повысить качество глинозема и снизить энергозатраты при его получении. 3 пр.
Наверх