СПОСОБ ГРАНУЛЯЦИИ ПЫЛЕВИДНОЙ ФРАКЦИИ ГЛИНОЗЕМА Российский патент 2004 года по МПК C01F7/02 

Изобретение может быть использовано в производстве глинозема и электролитическом способе производства алюминия.

В настоящее время отечественными глиноземными заводами выпускается глинозем с содержанием фракции - 24 мкм в количестве 10-20%. Повышенное содержание пылевидной фракции образуется в процессе обжига глинозема в печах кальцинации, а также в системе пневмотранспорта за счет истирания частиц.

Загрузка в электролизер глинозема с повышенным содержанием пылевидной фракции сопровождается интенсивным пылеуносом и потерями глинозема, а также ухудшением экологии в производственной зоне.

Одним из основных направлений повышения технических и экологических показателей работы современных электролизеров является использование глинозема с содержанием фракции размером - 24 мкм не более 2-6%.

Кроме того, в настоящее время на отечественных заводах электролиза алюминия для корректировки электролита используется порошкообразный фтористый алюминий, обладающий низкой текучестью. Загрузка такого фтористого алюминия приводит к значительным потерям фтора, связанным с пылением и возгонкой материала, попадающего на поверхность расплавленного электролита.

Совместное решение задачи укрупнения глинозема и фтористого алюминия позволяет повысить выход по току электролизеров, снизить потери глинозема и фтора, улучшить экологическую ситуацию.

Самым эффективным способом укрупнения пылевидных фракций глинозема и порошкообразного фтористого алюминия является грануляция этих материалов. При этом полученный на переделе грануляции материал должен обладать хорошей текучестью, развитой внутренней поверхностью, что способствует высокой скорости растворения гранул в электролите, прочностью гранул, удовлетворяющей условиям транспортировки.

Известен способ грануляции пыли по заявкам РСТ № 25/18067, опубликованной 07.06.95 г. и № 92/19535, опубликованной 11.12.92 г.

В них предлагается гранулировать пыль глинозема, используя в качестве связки гидрат окиси алюминия или частично регидратируемый глинозем. Недостатком предлагаемых способов является необходимость повторной прокалки полученных гранул с целью удаления воды кристаллогидрата и связанное с этим процессом увеличение удельных энергозатрат.

Известен патент СССР № 695566 (опубл. 30.10.1979 г.), в котором описан многостадийный способ грануляции глиноземной пыли, включающий ее деаэрацию, прессование на валковых прессах и измельчение пластин с получением частиц размером 150-5000 мкм.

Кроме многостадийности к числу недостатков этого способа можно отнести получение в результате прессования частиц с низкой удельной поверхностью и пористостью, что ухудшает растворимость частиц в электролите.

Предметом изобретения по патенту России № 2049159 от 05.02.93 г. является шихта для питания алюминиевых электролизеров. В нем предлагается смачивать мелкодисперсный глинозем крупностью 10-20 мкм с натриево-алюминиевыми фторидами крупностью 20-50 мкм при следующем соотношении: натриево-алюминиевые фториды - 10-20%, глинозем - остальное.

Смесь подается на корку электролизеров.

К недостаткам указанного патента следует отнести:

1. На стадии приготовления шихты, состоящей из мелкодисперсного глинозема и порошкообразного фторида алюминия, путем перемешивания неизбежен пылеунос и потери этих компонентов.

2. Загрузка в электролизер мелкодисперсной шихты также не исключает потери, связанные с пылеуносом.

3. Мелкодисперсная шихта обладает низкой текучестью.

В патенте GВ 832309, опубликованном 06.04.1960, предлагается способ грануляции оксида урана. Исходный материал смешивают с водой и ацетоном, продавливают через сетку в токе воздуха и подают на движущееся сито, на котором происходит формирование гранул. Этот способ является ближайшим аналогом.

К недостаткам этого способа следует отнести:

1. Способ осуществляется в многокамерном аппарате.

2. Применение сеток для формования гранул, которые, как показывает практика, склонны к забиванию и требуют периодической чистки.

3. Используется воздух высокого давления, что требует применения компрессорной установки.

4. Используется ацетон, что требует применения особых условий для обеспечения взрыво-пожаробезопасности способа.

Технической задачей изобретения являются:

1. Укрупнение пылевидной фракции глинозема.

2. Укрупнение мелкодисперсного фтористого алюминия.

3. Получение гранул с развитой удельной поверхностью, что способствует высокой скорости растворения в электролите.

4. Получение прочных гранул, удовлетворяющих требованиям транспортировки.

5. Повышение текучести загружаемой в электролизер шихты.

6. Снижение энергозатрат на термообработку полученного гранулированного материала.

Решение технической задачи состоит в том, что в способе укрупнения пылевидной фракции глинозема, включающем гранулирование в присутствии связующего и сушку гранул, пылевидную фракцию глинозема загружают в гранулятор роторного типа совместно с фтористым алюминием и пылевидную фракцию глинозема, фтористый алюминий и связующее берут при следующих мас.%:

Пылевидная фракция глинозема 54-64

Фтористый алюминий 16-27

Связующее 20-25

и грануляцию проводят при окружной скорости ротора 15-25 м/с.

В качестве связующего используют водные растворы карбоксиметилцеллюлозы, сульфит-спиртовой барды, метилцеллюлозы, поливинилового спирта, поливинилацетата.

Сушку проводят при температуре 50-150°С.

Грануляцию пылевидной фракции глинозема осуществляют совместно с добавкой фтористого алюминия, придающего гранулам прочность, в присутствии органической связки, в качестве которой могут быть использованы водные растворы карбоксиметилцеллюлозы (КМЦ), метилцеллюлозы (МЦ), сульфит-спиртовой барды (ССБ), поливинилового спирта (ПВС), поливинилацетата (ПВА). Поскольку концентрация указанных компонентов в растворе не превышает 3 мас.% и в процессе тепловой обработки гранул органическая составляющая выгорает, добавление связки не влияет на качество получаемого при электролизе алюминия.

Пример 1

В гранулятор загрузили 2,1 кг пылевой фракции глинозема, 0,9 кг фтористого алюминия. Включили ротор, окружная скорость которого составила 20 м/с. Подали связку - водный раствор КМЦ в количестве 0,8 кг. Время грануляции - 30 с. Высушили гранулят при температуре 80°С. Удельная поверхность гранул составила 60-70 м²/г, прочность 100 кг/см², время полного растворения в электролите - 50 с.

Пример 2

В гранулятор загрузили 3,0 кг пылевой фракции глинозема, 0,8 кг фтористого алюминия. Грануляцию проводили при окружной скорости ротора 35 м/с в присутствии связки водного раствора КМЦ - 1,0 кг.

Высушили гранулят при температуре 80°С. Прочность гранул составила 100 кг/см², удельная поверхность гранул - 30-40 м²/г, время полного растворения в электролите -150 с.

Пример 3

В гранулятор загрузили 3,0 кг пылевой фракции глинозема и 0,8 кг фтористого алюминия. Грануляцию проводили при окружной скорости ротора 10 м/с в присутствии связки водного раствора КМЦ - 1,0 кг. Гранулят высушили при температуре 120°С. Прочность гранул составила 30 кг/см², удельная поверхность - 70-80 м²/г, время полного растворения - 70 с.

Пример 4

В гранулятор загрузили 2,8 кг пылевой фракции глинозема и 0,9 кг фтористого алюминия. Грануляцию проводили при окружной скорости ротора 20 м/с в присутствии водного раствора КМЦ в количестве 1,1 кг. Гранулят высушили при температуре 80°С. Прочность гранул составила 120 кг/см², удельная поверхность - 20-30 м²/г, время полного растворения в электролите - 160 с.

Пример 5

В гранулятор загрузили 3,1 кг пылевой фракции глинозема и 0,9 кг фтористого алюминия. Грануляцию проводили при окружной скорости ротора 20 м/с в присутствии водного раствора КМЦ - 1,0 кг. Гранулят высушили при температуре 80°С. Прочность гранул составила 20 кг/см², удельная поверхность - 70-80 м²/г, время полного растворения в электролите - 65 с.

Пример 6

В гранулятор загрузили 3,2 кг пылевидной фракции глинозема и 0,8 кг фтористого алюминия. Грануляцию проводили при окружной скорости ротора 25 м/с в присутствии водного раствора ССБ - 1,0 кг. Гранулят высушили при температуре 80°С. Прочность гранул составила 50 кг/см², удельная поверхность 60-70 м²/г, время полного растворения 85 с.

Пример 7

В гранулятор загрузили 2,7 кг пылевидной фракции глинозема и 1,05 кг фтористого алюминия. Грануляцию проводили при окружной скорости ротора 20 м/с в присутствии водного раствора ПВС - 1 кг. Высушили гранулят при температуре 120°С. Удельная поверхность гранул составила 60-70 м²/г, прочность 110 кг/см², время полного растворения в электролите - 60 с.

Пример 8

В гранулятор загрузили 2,7 кг пылевидной фракции глинозема и 1,3 кг фтористого алюминия. Грануляцию проводили при окружной скорости ротора 15 м/с в присутствии ПВА - 1 кг. Высушили гранулят при температуре 120°С. Удельная поверхность гранул составила 40 кг/см², удельная поверхность 80-90 м²/г, время полного растворения - 65 с.

Пример 9

В гранулятор загрузили 3,0 кг пылевидной фракции глинозема и 0,8 кг фтористого алюминия. Грануляцию проводили при окружной скорости ротора 20 м/с в присутствии водного раствора МЦ - 1 кг. Гранулят высушили при температуре 150°С. Прочность гранул составила 100 кг/см², удельная поверхность 50-60 м²/г, время полного растворения - 80 с.

Изобретение может быть использовано в производстве глинозема и электролитическом способе производства алюминия. Способ укрупнения пылевидной фракции глинозема включает гранулирование в присутствии связующего и сушку гранул. Пылевидную фракцию глинозема загружают в гранулятор роторного типа совместно с фтористым алюминием и пылевидную фракцию глинозема, фтористый алюминий и связующее берут при следующих мас.%: пылевидная фракция глинозема 54-64, фтористый алюминий 16-27, связующее 20-25, грануляцию проводят при окружной скорости ротора 15-25 м/с. В качестве связующего используют водные растворы карбоксиметилцеллюлозы, сульфит-спиртовой барды, метилцеллюлозы, поливинилового спирта, поливинилацетата. Сушку проводят при температуре 50-150°С. Изобретение позволяет повысить качество гранул. 2 з.п. ф-лы.

1. Способ укрупнения пылевидной фракции глинозема, включающий гранулирование в присутствии связующего и сушку гранул, отличающийся тем, что пылевидную фракцию глинозема загружают в гранулятор роторного типа совместно с фтористым алюминием и пылевидную фракцию глинозема, фтористый алюминий и связующее берут при следующих мас.%:

Пылевидная фракция глинозема 54-64

Фтористый алюминий 16-27

Связующее 20-25

и грануляцию проводят при окружной скорости ротора 15-25 м/с.