СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ ГЛИНОЗЕМА ИЗ БОКСИТА Российский патент 2009 года по МПК C01F7/46 

Изобретение относится к производству глинозема из бокситов.

Известен способ получения глинозема из трудновскрываемых бокситов по процессу Байера, в котором для полноты извлечения глинозема на стадии высокотемпературного выщелачивания вводится известь, произведенная путем обжига кускового известняка (См. А.И.Лайнер, Н.И.Еремин и др. "Производство глинозема". Изд-во "Металлургия", 1978, с.90-96; Справочник "Металлурга" по Ц.М. "Производство глинозема", 1970, с.193). На отечественных глиноземных заводах, перерабатывающих бокситовое сырье, как правило, устанавливаются шахтные печи для обжига кускового известняка. К недостаткам рассмотренного способа относится отсутствие технологических приемов, связанных с выводом из процесса растворимой органики, осложняющей декомпозицию и ухудшающей качество конечной продукции.

Известен способ (Патент 4335082, США) получения глинозема из боксита по процессу Байера, в котором очистка щелочно-алюминатного раствора от органических примесей, главным образом оксалата натрия, производится на стадии промывки гидрата. Гидратная промвода обрабатывается известью в количестве избыточном по отношению к Na₂CO₃. Полученный раствор упаривают до концентрации по Na₂O, соответствующей выпадению в осадок оксалата кальция. Осадок обезвоживают фильтрованием или на центрифугах и затем удаляют из системы.

К недостаткам данного способа относятся:

потери крепкого щелочно-алюминатного раствора с осадком, который нельзя промывать из-за частичного присутствия растворимой органики;

необходимость сооружения специального могильника для складирования вредных химических отходов.

Известен способ получения глинозема из бокситов по процессу Байера (Заявка 63-35572, Япония), в котором оборачиваемый щелочно-алюминатный раствор (промвода) после концентрирования и доведения молярного отношения Al₂O₃ и Na₂O до 1-5 пропускают через вращающуюся печь при температуре обжига до 1350°С с получением алюмината натрия, который возвращается в процесс. В данном способе органические примеси в виде оксалата натрия выжигаются, но процесс существенно осложняется и удорожается из-за установки вращающейся печи и дополнительного расхода топлива на обжиг.

Известен способ получения глинозема (Патент 1390057, Франция), в котором осуществляется переработка боксита по процессу Байера с введением извести в процесс, промывка гидроксида алюминия от оксалата натрия, дезоксалация оборачиваемых щелочно-алюминатных растворов, отделение осадков оксалатов и их обжиг. В данном способе, в отличие от рассмотренного выше, оборачиваемый щелочно-алюминатный раствор в виде слабой промводы от промывки гидрата обрабатывается известью с целью ее дезоксалации с переводом в осадок оксалата кальция. Осадок отфильтровывается и обжигается с получением оборачиваемой извести в количестве, примерно соответствующем ее расходу на данной операции, но без органических примесей. Возвращение в процесс такой ранее использованной извести позволяет минимизировать ее расход и свести к минимуму потери глинозема на стадии дезоксалации промводы. Однако для осуществления данного способа также потребуются существенные капитальные затраты на сооружение обжиговой печи.

Последний из рассмотренных способов, как наиболее близкий по существу к заявляемому, принят за прототип.

Задачей изобретения является минимизация расхода извести и потерь глинозема, а также затрат тепла на процесс дезоксалации оборачиваемых щелочно-алюминатных растворов - промвод, что позволит выводить избыточные органические примеси из Байер-процесса посредством совместного обжига осадка оксалатов с кусковым известняком без существенных капитальных затрат на строительство обжиговой печи и возвращать в процесс с 1 т продукции до 6,7% расходуемой извести и 0,15% глинозема, или 0,1% щелочи в пересчете на Na₂O.

Технический результат достигается тем, что в способе получения глинозема, включающем переработку боксита по процессу Байера с введением извести в процесс, промывку гидроксида алюминия от оксалата натрия, дезоксалацию оборачиваемых щелочно-алюминатных растворов, отделения осадка оксалата и его обжиг, отделенный от раствора осадок оксалата перед обжигом смешивают с кусковым известняком и полученную после обжига известь направляют в процесс Байера.

Гидратную промводу подвергают дезоксалации обработкой известью с последующим отделением осадка фильтрованием;

Оборачиваемый щелочно-алюминатный раствор упаривают до пересыщения по оксалату натрия и отделяют осадок фильтрованием.

При переработке бокситов по процессу Байера в алюминатный раствор переходят органические примеси, которые осложняют процесс разложения раствора и ухудшают качество конечной продукции. Для уменьшения вредного влияния, по крайней мере, оксалата натрия - Na₂C₂O₄ проводят дезоксалацию оборачиваемых щелочно-алюминатных растворов. Наибольшее количество Na₂C₂O₄ отмывается в процессе промывки продукционного и особенно мелкодисперсного затравочного гидороксида алюминия.

Оксалат может быть выведен как из гидратной промводы посредством ее обработки известью, так и оборачиваемых щелочно-алюминатных растворов, получаемых после упаривания гидратной промводы до концентрации, соответствующей пересыщению оксалата.

В первом случае происходит взаимодействие извести с Na₂C₂O₄ и Al₂O₃ промводы по следующим реакциям:

4Са(ОН)₂+Na₂O·Al₂O₃+mH₂O=↓4СаО·Al₂O₃·CO₂·nH₂O+2NaOH

Са(ОН)₂+Na₂C₂O₄=↓CaC₂O₄+2NaOH

В осадок переходит оксалат кальция - CaC₂O₄, частично очищающий промводу от избыточной органики, и гидрокарбоалюминат кальция 4CaO·Al₂O₃·СО₂·nH₂O, с которым теряется Al₂O₃ из промводы. Потери СаО и Al₂O₃ тем больше, чем выше концентрация промводы и больше расход извести. Эти потери могут быть минимизированы посредством термообработки осадка, необходимой прежде всего для выжигания органики.

При совмещении обжига осадка с кусковым известняком, вводимым в Байер-процесс, целесообразно иметь низкую влажность обжигаемых компонентов. Поэтому обжигу осадка должно предшествовать механическое обезвоживание посредством фильтрования, лучше на камерных фильтр-прессах, приспособленных для разделения суспензий с низким содержанием твердого и при избыточном давлении. О возможности совмещенного обжига можно судить из следующего примера.

Пример 1. В соответствии с материальным балансом при годовом выпуске глинозема на ОАО "НГЗ" расход разбавленной гидратной промводы (Na₂O_окс=1,55 г/л) равен 251,8 м³/час. Для ее дезоксалации потребуется согласно п.1 настоящего изобретения ввести извести в пересчете на СаО_ак:

где 1 - молекулярное отношение СаО_ак к Na₂O_окс;

1,107 - коэффициент пересчета молей СаО и Na₂O на массу.

В результате образуется осадок типа 4СаО·Al₂O₃·CO₂·11H₂O и CaC₂O₄ с влажностью 20% (0,2 д.е.) в количестве:

, или в пересчете на объем ,

где 1,71 - коэффициент пересчета молей в массу;

1,5 - плотность осадка, т/м³.

Данный осадок смешивается с суммарным потоком кускового известняка С_о, который будет введен в Байер-процесс в виде извести (60,2 кг/т Al₂O₃).

или

,

где 2,6 - плотность известняка, т/м³.

Доля осадка по отношению к обжигаемому известняку

Для кускового известняка (d_cp=65 мм) принимаем его форму (К_φ) и порозность стационарного слоя (ε) по аналогии с дробленой щебенкой - К_φ=0.62, ε=0,5 д.е. (М.Е.Аэров, О.М.Тодес. Гидравлические и тепловые основы работы аппаратов со стационарным и кипящим зернистым слоем "Химия", 1968, с.81). Следовательно, объем пор в стационарном слое у кускового известняка будет равен 4,49 м³, а для смеси он уменьшится на 0,5 м³, т.е. V_Cl=4,49-0,5=3,99 м³. В пересчете на порозность слоя смеси , т.е. уменьшится незначительно (Δε=0,5-0,44=0,06 д.е.).

Этот расчет косвенно подтверждает возможность осуществления совместного обжига фильтрованного осадка оксалата кальция с кусковым известняком в шахтной печи,. применяемой в настоящее время для обжига кускового известняка. В результате в процесс будет возвращаться на 1 т полученной продукции:

Извести в пересчете на

где 11,05 и 9,91 - концентрация Al₂O₃ в промводе до и после дезоксалации, г/л.

Пример 2. В случае упаривания гидратной промводы (V_пр=251,8 м³/час, Na₂О_окс=1,55 г/л) из пересыщенного щелочно-алюминатного раствора выделяют в осадок до 50% оксалата натрия - Na₂C₂O₄·3H₂O, т.е. его часовой поток составит:

G_окс=251,8·1,55·0,5·3,03=591,3 кг/час,

где 3,03 - коэффициент пересчета Na₂О_окс в Na₂C₂O₄·3H₂O.

После отделения данного кристаллического осадка на центрифуге с влажностью W_o=6% его объемный расход будет равен:

где 2100 - плотность осадка, кг/м³.

Осадок смешивается с общим потоком обжигаемого известняка 11,68 т/час или V_изв=4,49 м³/час, ε - 0,5 д.е., см. Пример 1.

Объем пор смеси уменьшится до V_см=4,49-0,3=4,19 м³ или в пересчете на порозность

Изменение ε_см будет даже меньше, чем в случае выделения в осадок оксалата кальция - 0,034 против 0,06 д.е. Следовательно, обжиг такой смеси тем более не должен осложнять работу шахтной печи.

Смешение осадка с кусковым известняком можно производить грейферным краном методом перелопачивания.

В результате в процесс будет возвращаться на 1 т полученной продукции щелочи в пересчете на .

Изобретение относится к цветной металлургии и может быть использовано в производстве глинозема. Глинозем получают путем переработки боксита по процессу Байера с введением извести в процесс. Полученный гидроксид алюминия промывают от оксалата натрия, оборачиваемые щелочно-алюминатные растворы подвергают дезоксалации, осадок оксалата отделяют и обжигают. Отделенный от раствора осадок оксалата перед обжигом смешивают с кусковым известняком и полученную после обжига известь направляют в процесс Байера. Гидратную промводу подвергают дезоксалации обработкой известью с последующим отделением осадка фильтрованием. Оборачиваемый щелочно-алюминатный раствор упаривают до пересыщения по оксалату натрия и отделяют осадок фильтрованием. Изобретение позволяет снизить расход извести и потери глинозема, а также затраты тепла. 2 з.п. ф-лы.

1. Способ получения глинозема, включающий переработку боксита по процессу Байера с введением извести в процесс, промывку гидроксида алюминия от оксалата натрия, дезоксалацию оборачиваемых щелочно-алюминатных растворов, отделение осадка оксалата и его обжиг, отличающийся тем, что отделенный от раствора осадок оксалата перед обжигом смешивают с кусковым известняком и полученную после обжига известь направляют в процесс Байера.

2. Способ по п.1, отличающийся тем, что гидратную промводу подвергают дезоксалации обработкой известью с последующим отделением осадка фильтрованием.

3. Способ по п.1, отличающийся тем, что оборачиваемый щелочно-алюминатный раствор упаривают до пересыщения по оксалату натрия и отделяют осадок фильтрованием.