СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ ГЛИНОЗЕМА Российский патент 2015 года по МПК C01F7/38 

Изобретение относится к технологии получения глинозема из глиноземсодержащих техногенных отходов, в частности из минеральной части золошлаков от сжигания бурых углей, и может быть использовано для нужд алюминиевой, металлургической и строительной промышленности.

Известен способ переработки золы энергетических углей на глинозем и гипс путем обжига с соединением кальция и обработки спека серной кислотой, при этом в качестве соединения кальция используют фторид кальция (CaF₂), обработку серной кислоты (сульфатизация) ведут при температуре 180-200°C, после обработки серной кислотой ведут спекание при температуре 200-300°C при разрежении 0,2-0,3 гкс/см² с отводом образующихся газов, при температуре 120-150°C с последующей их обработкой раствором аммиака и выщелачиванием спека (Патент RU №2027669, 1995).

Данный способ переработки золы энергетических углей не обеспечивает их комплексной переработки, связан с применением агрессивных химических реагентов, т.е. представляет собой экологически опасное производство и, кроме того, в процессе идет растворение оксида кремния с образованием кремнегеля, что делает невозможным последующий процесс выделения получаемого алюминатного раствора фильтрованием.

Известен способ комплексного производства глинозема и портландцемента из небокситовых сырьевых материалов: зола бурых углей и/или обожженный угольный сланец, содержащие 30-40% Al₂O₃. Способ заключается в обжиге данных техногенных глиноземсодержащих материалов с известняком (52-53% CaO) при дозировке последнего, исходя из общего стехиометрического отношения

CaO/Al₂O₃=1.0±0.05 и CaO/SiO₂=2.0±0.05

при температуре 1250°C с получением саморассыпающегося спека, агитационное выщелачивание оксида алюминия из спека содовыми растворами, фильтрацию выщелаченной пульпы с получением алюминатного раствора и «серого» шлама, 2-стадийное (1-ая стадия - автоклавное при температуре 170-180°C, 2-ая стадия - в мешалках при температуре 90-100°C), обескремнивание алюминатного раствора известковым молоком, фильтрацию пульпы с получением «белитого» шлама и обескремненного раствора (значение кремневого модуля µ_Si=C_Al2O3/C_SiO2≥1000, который далее подвергают карбонизации топочными CO₂-содержащими газами печей спекания, дополнительно обжигают для получения цементного клинкера, содержащего, в основном, трехкальциевый силикат 3CaO·SiO₂ [Гольдштейн Л.Я. - Комплексные способы производства цемента. - Ленинград, «Стройиздат», 1985 г., с.101-103].

К существенным недостаткам данного способа относится, прежде всего, сложность (многостадийность) технологической схемы, выражающаяся в разделении операций выщелачивания спека и обескремнивания алюминатного раствора (с промежуточной фильтрацией) известковым молоком, что обуславливает дополнительные потери оксида алюминия и, следовательно, недостаточное сквозное извлечение оксида алюминия в целевой продукт - глинозем, составляющий 83-85%.

Наиболее близким является способ получения глинозема из золошлаков ТЭЦ, состоящий из приготовления и коррекции шихты для спекания, состоящей из золошлаков ТЭЦ и известняка, который при этом берут в избытке 28,0-75,0% от стехиометрического количества; спекания шихты при температуре 1320-1400°C в течение 40-60 мин с получением при этом саморассыпающегося спека; выщелачивания спека оборотным содовым раствором, содержащим не менее 5,0% Na₂CO₃, при температуре 75-80°C в течение 6-8 часов; дополнительного обескремнивания гетерофазного продукта (спековой пульпы после выщелачивания) известковым молоком, содержащим 10,0% Ca(OH)₂, при расходе не менее 0,10-0,20 дм³/дм³ пульпы, с последующей фильтрацией, промывкой конечного шлама водой, объединением промводы и фильтрата с получением обескремненного алюминатного раствора; карбонизации алюминатного раствора CO₂-содержащей газовоздушной смесью с получением гидроксида алюминия и маточного содового раствора, который возвращают на выщелачивание спека; прокалки гидроксида алюминия с получением целевого продукта глинозема (патент RU №2200708, 2003). Шлам, образовавшийся после выщелачивания спека в виде двухкальциевого и трехкальциевого силикатов, используют для получения цемента. При этом получают металлургический глинозем марки Г3, ГК по ГОСТ 6912-74 (содержание лимитирующих примесей следующее, масс.%: 0,040 Fe₂O₃ и 0,13 SiO₂), сквозная степень извлечения оксида алюминия в целевой продукт (от содержания в исходной золе) составляет 84-87%.

Известный способ характеризуется недостаточной, в среднем, степенью извлечения оксида алюминия в целевой продукт и недостаточно высоким качеством получаемого глинозема для производства алюминия сортности не менее A0 и выше.

В основу заявляемого изобретения положена задача, заключающаяся в разработке способа получения глинозема из золы от сжигания бурых углей, обеспечивающего достижение технического результата - повышение степени сквозного извлечения оксида алюминия в целевой продукт при одновременном повышении качества получаемого глинозема.

Достижение вышеуказанного технического результата обеспечивается тем, что в предлагаемом способе получения глинозема в качестве сырья используют минеральную часть золы сжигания бурых углей с приготовлением шихты путем ее смешения с известняком, который берут в избытке 28,0-75,0% от стехиометрического количества, спекание шихты с получением спека, выщелачивание оксида алюминия из спека содовым раствором при перемешивании с получением спековой пульпы и ее обескремнивание известковым молоком, фильтрацию спековой пульпы с получением шлама и фильтрата, промывку шлама, объединение промводы и фильтрата с получением алюминатного раствора, карбонизацию последнего CO₂-содержащей газовоздушной смесью, фильтрацию образовавшейся гидратной пульпы с получением гидроксида алюминия и маточного содового раствора, оборачиваемого на выщелачивание спека, прокалку гидроксида алюминия с получением глинозема, при этом при выщелачивании оксида алюминия из спека дополнительно проводят первичную виброкавитационную обработку в течение 15-35 минут при значениях окружной скорости 30-55 м/с, а при обескремнивании спековой пульпы известковым молоком проводят повторную виброкавитационную обработку в течение 20-30 минут при значениях окружной скорости 25-35 м/с.

Выщелачивание оксида алюминия из спека предпочтительно ведут карбонатным раствором, содержащим не менее 52,0 г/дм³ Na₂CO₃ (5,0%-ный раствор) и обеспечивающим 25,0%-ный мольный избыток Na₂CO₃:Al₂O₃ по стехиометрии при температуре 75-80°C, отношении Т:Ж=1,0:4,0 и продолжительности 5-6 часов. Первичную виброкавитационную обработку спековой пульпы ведут при значениях окружной скорости при перемешивании 30-55 м/с и продолжительности 15-35 мин.

По истечении не менее ¾ временной продолжительности процесса выщелачивания, осуществляют обескремнивание спековой пульпы известковым молоком, содержащим, предпочтительно, не менее 10,0 масс.% Ca(OH)₂, при дозировке 0,10 дм³/дм³ пульпы, температуре 80°C, продолжительности 1,25-1,5 ч. Повторную виброкавитационную обработку спековой пульпы при окружной скорости (ω) 25-35 м/с и продолжительности 20-30 мин.

Кавитация - это физико-химический процесс, заключающийся, в частности, в нарушении сплошности жидкости (в нашем случае - это водно-солевой раствор), связанный с образованием и последующим «схлопыванием» воздушных (газовых) микропузырьков в жидкости. Энергия схлопывающихся пузырьков расходуется, в частности, на излучение ударных волн, что, в свою очередь, значительно интенсифицирует массообменные процессы, при этом в каждом конкретном случае (конкретной гетерофазной системе «твердое-жидкость») имеется определенное пороговое значение.

Осуществление первичной виброкавитационной обработки при содовом выщелачивании оксида алюминия из спека способствует, при прочих, сопоставимых с прототипом, технологических параметрах процесса, увеличению степени извлечения Al₂O₃, в среднем, с 85,5% (у прототипа), до 87,5%, т.е. на 2,0%.

Проведение повторной (конечной) виброкавитационной обработки спековой пульпы при обескремнивании известковым молоком способствует повышению значения кремневого модуля (µ_Si) получаемого алюминатного раствора до µ_Si≥1500, что, в дальнейшем, обеспечивает получение целевого продукта - глинозема, с пониженным содержанием лимитирующих примесей, масс.%: 0,03 Fe₂O₃, 0,06 SiO₂ (у прототипа соответственно 0,04% и 0,13%), т.е. на уровне марки F1 по ГОСТ 6912-74.

Способ получения глинозема из минеральной части золы сжигания бурых углей осуществляли следующим образом.

Реализация заявляемого способа осуществлена в лабораторных условиях. В качестве сырья использовали золу сжигания Экибастузских бурых углей Рефтинской ТЭЦ, имеющей следующий, средний, химический состав, масс.%: 55,0 SiO₂, 37,0 Al₂O₃, 3,0 Fe₂O₃, 2,50 TiO₂, 1,0 MgO, 1,0 CaO, 0,5 примеси. Фазовый состав золошлаков, вес.%: 52,0 муллит (3Al₂O₃·2SiO₂), 25,0 α-кварц (SiO₂) 8,0 каолинит - Al₂Si₂O₅(OH)₄, 6,0 карбид титана (TiS₂), 3,0 фаза Mg₂Ca, остальное - примеси.

Навеска золошлаков во всех опытах составляла 1,0 кг.

Дозировку известняка (CaO - 52,0÷53,0%), размолотого до фракции - 45 мкм, производили в диапазоне 28,0-75,0% сверх общего стехиометрического соотношения, включающего следующие характеристические молярные отношения:

CaO/Al₂O₃=1.0±0.05 и CaO/(SiO₂+Fe₂O₃+TiO₂)=2,0±0,05.

Спекание проводили в лабораторной трубчатой печи при температурах 1320-1400°C в течение 40-60 мин в зависимости от дозировки известняка (оксида кальция) с получением при этом саморассыпающегося спека (содержание фракции - 45 мкм 100%).

Выщелачивание спека, содержащего 11,8-14,5% Al₂O₃, проводили содовым раствором, содержащим 52,0±0,5 г/дм³ Na₂CO₃; остальные технологические параметры процесса: температура 80°C, отношение Т:Ж в исходной пульпе 1,0:4,0, продолжительность 5-6 часов в зависимости от интенсивности виброкавитационной обработки. Первичную виброкавитационную обработку спековой пульпы ведут при значениях окружной скорости при перемешивании 30-55 м/с и продолжительности 15-35 мин.

По истечении не менее ¾ общей временной продолжительности процесса выщелачивания, осуществляли обескремнивание спековой пульпы известковым молоком при постоянных (во всех опытах) технологических параметрах: концентрация Ca(OH)₂ в известковом молоке 10,0%; дозировка 0,10 дм³/дм³ пульпы; температура 80°C; продолжительность 1,25-1,50 часа; повторная виброкавитационная обработка обескремниваемой пульпы при значении окружной скорости ротора (ω) 25-35 м/с и продолжительности 20-30 мин.

Совмещенный процесс «выщелачивание + обескремнивание» проводили на лабораторной установке, состоящей из мешалки (V=5,0 дм³) с механическим перемешиванием и совмещенной с ней в замкнутом контуре виброкавитационной мельницей (V=5,0 дм³), с вращающимся ротором ⌀=100 мм в неподвижном щелевидном статоре (зазор между ротором и статором составляет 0,5 мм).

В основной мешалке готовят спековую пульпу, состоящую из спека и содового раствора, затем она прогоняется в замкнутом контуре «мешалка выщелачивания + виброкавитационная мельница» в течение заявляемого интервала времени и при заявляемой окружной скорости вращения ротора (режим виброкавитационной обработки), т.е. одновременно осуществляется процесс первичной виброкавитационной обработки и содовое выщелачивание Al₂O₃ из спека. По окончании процесса виброкавитационной обработки - мельница временно отключается и проводится далее только основной процесс выщелачивания.

Аналогично проводится процесс обескремнивания выщелоченной спековой пульпы известковым молоком.

При осуществлении процесса «выщелачивание + обескремнивание» в промышленном масштабе виброкавитационная обработка может быть осуществлена, например, серийно выпускаемыми роторно-пульсационными аппаратами (РПА) с получением заявленного технического результата.

По завершении процесса выщелачивания и обескремнивания спековой пульпы проводили ее фильтрацию с получением шлама и фильтрата. Фильтрацию осуществляют любыми известными методами.

Полученный шлам промывают водой, предпочтительно промывается водой из расчета 1,5 дм³/кг. Полученную промводу объединяют с фильтратом с получением алюминатного раствора, который подвергают карбонизации CO₂-содержащей газовоздушной смесью. CO₂ подают из баллона в мешалку (карбонизатор), предпочтительно при следующих параметрах: температура 70°C; скорость газации - 4,0 ндм³/дм³ раствора в час (при нормальных условиях); продолжительность - 6,0 часов; конечное значение pH - 8,50. Образовавшуюся гидратную пульпу подвергают фильтрации с выделением гидроксида алюминия и маточного содового раствора, который в дальнейшем используется на выщелачивание спека. Прокалку гидроксида алюминия с получением глинозема проводят предпочтительно при температуре 1200°С в течение 2,0 часов.

Заявляемый способ иллюстрируется примерами конкретного выполнения.

Пример 1. Производится спекание золошлака Рефтинской ТЭЦ в количестве 1,0 кг и дозировке известняка в количестве 2,94 кг (избыток 28,0% по стехиометрии) при температуре 1350°C и продолжительности 60 мин.

Полученный спек в количестве 2,56 кг, содержащий 14,50% Al₂O₃, выщелачивают содовым раствором с последующим обескремниванием известковым молоком в виброкавитационном режиме при различных технологических условиях.

В табл.1 приведены полученные результаты по влиянию параметров виброкавитационной обработки на степень извлечения оксида алюминия из спека - согласно заявляемого изобретения, а также при выходе за оптимальные пределы параметров.

Как видно из табл.1, заявляемые условия первичной виброкавитационной обработки спековой пульпы на стадии содового выщелачивания: значение окружной скорости 30-40 м/с и продолжительность 15-20 мин приводит к достижению заявленного технического результата при приготовлении шихты с избытком известняка 28% против стехиометрического значения.

Пример 2. Производится спекание шихты, состоящей из 1,0 кг золошлака Рефтинской ТЭЦ и 3,50 кг известняка (55,0% от стехиометрического отношения) при температуре 1320°C в течение 60 мин.

Полученный спек в количестве 2,85 кг, содержащий 13,0% Al₂O₃, выщелачивают содовым раствором с последующим обескремниванием известковым молоком в виброкавитационном режиме при вышеприведенных технологических условиях.

В табл.2 приведены результаты по влиянию параметров виброкавитационной обработки на степень извлечения Al₂O₃ из спека - согласно заявляемого изобретения, и при выходе за оптимальные пределы параметров.

Как видно из таблицы 2, заявляемые условия первичной виброкавитационной обработки спековой пульпы на стадии содового выщелачивания: значение окружной скорости 35-45 м/с и продолжительность 20-30 мин приводит к достижению заявленного технического результата при приготовлении шихты с избытком известняка 55% против стехиометрического значения.

Пример 3. Производится спекание шихты, состоящей из 1,0 кг золошлака Рефтинской ТЭЦ и 4,0 кг известняка (75,0% от стехиометрического отношения) при температуре 1400°C в течение 40 мин.

Полученный спек в количестве 3,15 кг, содержащий 11,75% Al₂O₃, выщелачивают содовым раствором с последующим обескремниванием известковым молоком в виброкавитационном режиме при вышеприведенных технологических условиях.

В табл.3 приведены результаты по влиянию параметров виброкавитационной обработки на степень извлечения Al₂O₃ из спека - согласно заявляемого изобретения, и при выходе за оптимальные пределы параметров.

Как видно из таблицы 3, приведенный пример конкретного выполнения подтверждает обоснованность заявленных условий первичной виброкавитационной обработки на стадии выщелачивания спековой пульпы, полученной из шихты с избытком известняка 75,0% от стехиометрического количества: значение окружной скорости 40-55 м/с; продолжительность 20-30 мин, которые обеспечивают достижение заявленного технического результата.

Из представленных примеров конкретного выполнения видно, что выход за заявляемые интервалы режимов первичной виброкавитационной обработки спековой пульпы при содовом выщелачивании в меньшую сторону:

- при дозировке известняка 28,0% сверх стехиометрического (табл.1) - значения окружной скорости 20-25 м/с (оп.6, 7) и/или продолжительность обработки 10 мин (оп.8, 10, 12);

- при дозировке известняка 55,0% сверх стехиометрического (табл.2) - значения окружной скорости 25-30 м/с (оп.6, 7) и/или продолжительность обработки 15 мин (оп.8, 10, 12);

- при дозировке известняка 75,0% сверх стехиометрического (табл.3) - значения окружной скорости 30-35 м/с (оп.6, 7) и/или продолжительность обработки 10-15 мин (оп.8, 9, 10, 11);

не приводит к достижению заявленного технического результата, т.к. среднее значение степени извлечения оксида алюминия на 1,0-1,5% меньше, чем соответствующие значения у прототипа (соответственно 84,0; 86,0 и 87,0%). Это объясняется тем, что в диффузионном процессе выщелачивания оксида алюминия из пористых спеков, имеющих при дозировке кальцийсодержащего материала сверх стехиометрического отношения со значительным коэффициентом достаточно плотную микроструктуру (пористость 40-50% относительно ~60% при стандартной 5,0-10,0%-ной дозировке известняка сверх стехиометрического отношения) совокупность вышеуказанных технологических параметров виброкавитационной обработки - значение окружной скорости и продолжительность - имеет меньшее пороговое значение, чем необходимое для интенсификации основной лимитирующей стадии диффузионного процесса: химическое взаимодействие алюмината кальция с содовым раствором.

При выходе за заявляемые интервалы режимов первичной виброкавитационной обработки пульпы при содовом выщелачивании в большую сторону:

- при дозировке известняка 28,0% сверх стехиометрического (табл.1) - значения окружной скорости 50 м/с (оп.12, 13) и/или продолжительность обработки 35 мин (оп.6);

- при дозировке известняка 55,0% (табл.2) - значения окружной скорости 55-60 м/с (оп.13, 14);

- при дозировке известняка 75,0% сверх стехиометрического (табл.3) - значения окружной скорости 60 м/с (оп.14),

не приводит к достижению заявленного технического результата, т.к. среднее значение степени извлечения оксида алюминия из спека либо меньше на ~0,5%, либо находится практически на том же уровне, что у прототипа (соответственно 84,0:86,0 и 87,0%). Это объясняется тем, что при прочих равных условиях выщелачивания (температура, концентрация Na₂CO₃, продолжительность) при сверхэнергетической напряженности интенсивной виброкавитационной обработки - совокупность технологических параметров: - значение окружной скорости и продолжительность - происходит определенное переизмельчение спека, т.е. уменьшение геометрических размеров пор спека («канальцев») и замедляются следующие стадии диффузионного процесса выщелачивания оксида алюминия:

- проникновение растворителя (карбоната натрия) внутри пористого скелета частицы спека к поверхности растворяемого вещества (алюмината кальция);

- отвод продукта реакции (алюмината натрия) от границы растворения к поверхности частицы спека.

Отметим также, что продолжительность совмещенного процесса «выщелачивания + обескремнивание» при всех дозировках известняка на спекание составляет 5÷6 часов (у прототипа 6-8 часов), т.е. виброкавитационная обработка позволяет снизить продолжительность процесса в целом, в среднем, на 1,5 часа в результате, как отмечалось, интенсификации массообменных процессов.

Продолжительность 4,0 часа (табл. 1 - оп. 10, 13; табл. 2 - оп. 11, 13 и табл. 3 - оп. 13) является недостаточной: степень извлечения Al₂O₃ из спека при этом, в среднем, меньше на 0,5-0,7%, чем у прототипа.

Это связано, прежде всего, с незавершенностью лимитирующей стадии- диффузионного процесса выщелачивания Al₂O₃ из спека: химическое взаимодействие алюмината кальция с карбонатом натрия.

Пример 4. Проводится спекание шихты, состоящей из 1,0 кг золошлака Рефтинской ТЭЦ и 3.50 кг известняка (55,0% от стехиометрического отношения) при температуре 1320°С в течение 60 мин.

Полученный спек в количестве 2,85 кг, содержащий 13,0% Al₂O₃, выщелачивают содовым раствором при следующих технологических условиях: концентрация Na₂CO₃ - 52,0±0,5 г/дм³; отношение Т:Ж в исходной спековой пульпе 1,0:4,0; температура 80°С; первичную виброкавитационную обработку спековой пульпы ведут при значении окружной скорости ротора (ω) 50 м/с и продолжительности 20 мин; общая продолжительность выщелачивания 5,0 ч.

По истечении 3,50 часов содового выщелачивания производится обескремнивание спековой пульпы известковым молоком при следующих технологических условиях: концентрация Са(ОН)₂ в известковом молоке 10,0%; дозировка известкового молока 0,10 дм³/дм³ пульпы; температура 80°С; продолжительность обескремнивания 1,5 часа; повторная виброкавитационная обработка обескремниваемой пульпы производится одновременно с вводом известкового молока; после общего окончания процесса пульпа фильтруется с получением конечного шлама и обескремненного алюминатного раствора.

После общего окончания процесса пульпа фильтруется с получением конечного «кальций-силикатного» шлама и обескремненного алюминатного раствора.

Полученные обескремненные алюминатные растворы далее подвергались карбонизации углекислым (CO₂) газом, подаваемым в мешалку (карбонизатор) из баллона, при температуре 70°С; скорости газации - 4,0 ндм³/дм³ раствора в час (при нормальных условиях); продолжительности - 6,0 часов; конечное значение рН - 8,50. Далее гидратные пульпы фильтровались и полученные осадки гидроксида алюминия (здесь и далее - ГОА) сушились при температуре 120°С в течение 2-х часов и анализировались на содержание лимитирующих примесных компонентов: SiO₂ и Fe₂O₃.

В табл.4 приведены результаты опытов по влиянию параметров виброкавитационной обработки - значение окружной скорости и продолжительность - на величину кремневого модуля (отношение концентраций Al₂O₃ и SiO₂) в получаемом обескремненном алюминатом растворе и на содержание примесных компонентов в осадках ГОА при последующей карбонизации.

Приведенный пример конкретного выполнения подтверждает обоснованность заявленных условий виброкавитационной обработки при обескремнивании спековой пульпы: значение окружной скорости 25-35 м/с; продолжительность 20-30 мин.

При этом, среднее значение µ_Si составляет ~1500 ед. относительно µ_Si~1100 у прототипа, а среднее содержание примесных компонентов, масс. %: 0,055 SiO₂ и 0,022 Fe₂O₃ - относительно таковых значений у прототипа: 0,090% SiO₂ и 0,027% Fe₂O₃, т.е. снижение содержания примесных компонентов составляет, в среднем, соответственно, ~39,0% и ~19,0%.

При выходе за заявляемые пределы параметров в меньшую сторону -по значению окружной скорости и/или продолжительности виброкавитационной обработки (оп. 5, 6 и 8) - при сохранении достаточно высокой степени извлечения оксида алюминия из спека за совмещенный процесс «выщелачивание = обескремнивание» на уровне 87,43%, т.е. на 1,43% больше, чем по прототипу (µAl₂O₃=86,0%), но значение кремневого модуля (µ_Si) не превышает величины, в среднем, 1040 ед, т.е. практически на одном уровне с прототипом (µ_Si~1100). Это, в свою очередь, обуславливает содержание примесных компонентов в осадках ГОА на уровне, в среднем, 0,095% SiO₂ и 0,031% Fe₂O₃. Таким образом, не обеспечивается повышение качества целевого продукта (глинозема) за счет снижения содержания в нем примесных компонентов.

Это объясняется тем, что значения параметров виброкавитационной обработки: величина окружной скорости 20 м/с (оп. 5) или продолжительность обработки 15 мин (оп. 6 и 8) - в совокупности меньше минимально необходимого порогового значения для интенсификации процесса обескремнивания в виброкавитационном режиме.

При выходе за заявляемые пределы параметров в большую сторону - значение окружной скорости 45 м/с (оп. 9) и/или продолжительность обработки 40 мин (оп. 7) - происходит глубокое обескремнивание алюминатного раствора: величина µ_Si равна 1750-1850 ед. (у прототипа соответственно 1100) и соответственно снижается содержание примесных компонентов в осадках ГОА до среднего значения ~0,048% SiO₂ и 0,020% Fe₂O₃ (у прототипа соответственно 0,090% SiO₂ и 0,027% Fe₂O₃) - однако, степень извлечения оксида алюминия из спека составляет, в среднем, 85,8%, т.е. меньше, чем у прототипа.

Пример 5. Проводится спекание шихты, состоящей из 1,0 кг золошлака Рефтинской ТЭЦ и 3,50 кг известняка (55,0% от стехиометрического отношения) при температуре 1320°C в течение 60 мин.

Полученный спек в количестве 2,85 кг, содержащий 13,0% Al₂O₃, выщелачивают содовым раствором при следующих технологических условиях: концентрация Na₂CO₃ - 52,0±0,5 г/дм³ (5,0%-ный раствор); отношение Т:Ж в исходной спековой пульпе 1,0:4,0; температура 80°C; первичная виброкавитационная обработка спековой пульпы при следующих постоянных параметрах: значение окружной скорости ротора (ω) 50 м/с и продолжительность 20 мин; общая продолжительность выщелачивания 5,0 ч.

Далее по истечении 3,50 часов содового выщелачивания производится обескремнивание спековой пульпы известковым молоком, содержащим 10,0% Ca(OH)₂ при дозировке 0,10 дм³/дм³ пульпы и повторной виброкавитационной обработке при значении окружной скорости 35 м/с и продолжительности 20 мин при одновременном вводе известкового молока.

После завершения совмещенного процесса «выщелачивание + обескремнивание» пульпа фильтруется, конечный шлам в количестве 2,60 кг промывается водой из расчета 1,5 дм³/кг, промвода объединяется с фильтратом и полученный обескремненный алюминатный раствор (V~15,0 дм³) направляется на карбонизацию.

Алюминатный раствор, содержащий, г/дм³: 22.5 Na₂O_общ, 18.5 Na₂O_кст, 22.0 Al₂O₃, α_кст=1.40, 0.015 SiO₂, 0.01 Fe₂O₃, µ_Si≥1500, значение pH 12,0 - подвергается карбонизации углекислым (CO₂) газом, подаваемым в мешалку (карбонизатор) из баллона при следующих заданных технологических параметрах: температура 70°C; скорость газации - 4,0 ндм³/дм³ раствора в час (при нормальных условиях); продолжительность - 6,0 часов; конечное значение pH - 8,50.

Контроль полноты осаждения гидроксида алюминия дополнительно определяется отсутствием помутнения (выпадения осадка) в отфильтрованной пробе маточного раствора добавлением 2,0%-ного раствора соляной кислоты.

Далее гидратная пульпа фильтровалась и полученный гидроксид алюминия (после сушки при температуре 120°C в течение 2 часов) анализировался на содержание лимитирующих примесей.

Содержание примесей следующее, %: 0.23 Na₂O, 0.04 SiO₂, 0.020 Fe₂O₃.

Извлечение Al₂O₃ в гидроксид алюминия при карбонизации составило 99,0%.

Далее полученный гидроксид алюминия прокаливался при температуре 1200°C в течение 2,0 часов.

Содержание примесей в полученном целевом продукте - глиноземе - было следующим, %: 0,35 Na₂O, 0.06 SiO₂, 0.03 Fe₂O₃.

Полученный глинозем в соответствии с ГОСТ 6912-74 соответствует марки Г1.

Таким образом, спекание минеральной части золы сжигания бурых углей с известняком, вводимым в шихту с 28,0-75,0% - избытком от стехиометрии, выщелачивание спека раствором карбоната натрия и проведение первичной виброкавитационной обработки спековой пульпы при значениях окружной скорости 30-55 м/с в течение 15-35 мин, обескремнивание спековой пульпы известковым молоком и повторная виброкавитационная обработка обескремниваемой пульпы при значениях окружной скорости 25-35 м/с в течение - 20-30 мин, фильтрация пульпы с получением конечного шлама и обескремненного алюминатного раствора, карбонизация последнего CO₂-содержащим газом, фильтрация и прокалка выделенного гидроксида алюминия, обеспечивают реализацию способа получения глинозема с достижением заявленного технического результата: повышение степени сквозного извлечения оксида алюминия до, в среднем, 87,5% (у прототипа - соответственно 85,5%), т.е. увеличение ~ на 2,0% и повышение качества получаемого целевого продукта - глинозема, с пониженным содержанием лимитирующих примесей, мас.%: 0.03 Fe₂O₃, 0.06 SiO₂ (у прототипа соответственно 0,04 и 0,130), что соответствует марке Г1.

Кроме того, первичная виброкавитационная обработка в процессе выщелачивнаия и повторная виброкавитационная обработка при обескремнивании спековой пульпы позволяет существенно (в среднем на 1,5 часа) снизить длительность процесса выщелачивания спека.

Указанные в описании и примерах конкретного выполнения конкретные режимы выщелачивания спека раствором карбоната натрия, содержащим не менее 52,0 г/дм³ Na₂CO₃ (5,0%-ный раствор), при температуре 80°C, отношении Т:Ж, равным 1,0:4,0, при общей продолжительности 5÷6 часов и режимы обескремнивания спековой пульпы известковым молоком, содержащим 10,0 мас.% Ca(OH)₂, при дозировке последнего не менее 0,10 дм³/дм³ пульпы в течение последних 1,25-1,50 часа общего процесса, обеспечивают оптимальные параметры заявляемого способа, позволяющие получить максимально высокий технический результат при минимальных сырьевых и энергозатратах.

Таблица 1 Результаты выщелачивания спека в виброкавитационном режиме при дозировке известняка 28,0% сверх стехиометрического отношения № п/п Параметры процесса Степень извлечения Al₂O₃ из спека, % Значение окружной скорости (ω), м/с Продолжительность обработки, мин Продолжительность выщелачивания, ч По прототипу 84,0 Оптимальные пределы параметров 1 30 25 6,0 85,0 2 35 20 6,0 85,5 3 35 30 5,0 86,0 4 40 15 6,0 86,5 5 40 25 5,0 86,5 При выходе за оптимальные пределы 6 20 35 4,0 83,0 7 25 25 6,0 83,7 8 30 10 7,0 83,3 9 35 15 6,0 84,2 10 40 15 4,0 83,5 11 40 10 6,0 84,0 12 50 10 6,0 84,3 13 50 20 4,0 83,7

Таблица 2 Результаты выщелачивания спека в виброкавитационном режиме при дозировке известняка 55,0% сверх стехиометрического отношения № п/п Параметры процесса Степень извлечения Al₂O₃ из спека, % Значение окружной скорости (ω), м/с Продолжительность обработки, мин Продолжительность выщелачивания, ч По прототипу 86,0 Оптимальные пределы параметров 1 35 20 6,0 86,7 2 35 25 6,0 87,0 3 40 30 5,0 87,0 4 45 30 5,0 87,5 5 50 20 6,0 88,0 При выходе за оптимальные пределы 6 25 25 5,0 84,5 7 30 25 6,0 85,5 8 35 15 6,0 85,7 9 35 20 5,0 85,0 10 40 15 6,0 85,0 11 45 30 4,0 85,6 12 55 15 6,0 86,0 13 50 30 4,0 85,5 14 60 20 5,0 86,5

Таблица 3 Результаты выщелачивания спека в виброкавитационном режиме при дозировке известняка 75,0% сверх стехиометрического отношения № п/п Параметры процесса Степень извлечения Al₂O₃ из спека, % Значение окружной скорости (ω), м/с Продолжительность обработки, мин Продолжительность выщелачивания, ч По прототипу 87,0 Оптимальные пределы параметров 1 40 20 6,0 87,7 2 45 25 5,0 87,5 3 50 20 6,0 88,0 4 50 30 5,0 88,5 5 55 20 5,0 88,7 При выходе за оптимальные пределы 6 30 20 5,0 85,8 7 35 25 6,0 86,5 8 40 10 6,0 85,7 9 40 15 6,0 86,0 10 45 15 6,0 86,6 11 50 15 5,0 87,0 12 55 10 6,0 86,6 13 55 20 4,0 86,0 14 60 30 7,0 87,5

Изобретение относится к способам получения глинозема из техногенных отходов, в частности из минеральной части золы сжигания бурых углей. Шихту приготавливают смешиванием золошлаковых отходов ТЭЦ и известняка, который берут в избытке 28,0-75,0% от стехиометрического количества, после чего спекают. Полученный спек выщелачивают при перемешивании с получением спековой пульпы, обескремнивают известковым молоком и фильтруют с получением шлама и фильтрата. Шлам промывают, проводят карбонизацию CO₂-содержащей газовоздушной смесью и фильтрацию образовавшейся гидратной пульпы с получением гидроксида алюминия и маточного содового раствора, оборачиваемого на выщелачивание спека. Выщелачивание спека ведут карбонатным раствором, содержащим не менее 52,0 г/дм³ Na₂CO₃ при температуре 75-80°С. При выщелачивании оксида алюминия из спека дополнительно проводят первичную виброкавитационную обработку, а при обескремнивании спековой пульпы известковым молоком проводят повторную виброкавитационную обработку. Техническим результатом является увеличение степени извлечения оксида алюминия из золошлаков в глинозем и повышение качества последнего. 4 табл.

Способ получения глинозема, включающий приготовление шихты смешиванием золошлаковых отходов ТЭЦ и известняка, который берут в избытке 28,0-75,0% от стехиометрического количества, спекание шихты с получением спека, выщелачивание оксида алюминия из спека содовым раствором при перемешивании с получением спековой пульпы и ее обескремнивание известковым молоком, фильтрацию спековой пульпы с получением шлама и фильтрата, промывку шлама, объединение промводы и фильтрата с получением алюминатного раствора, карбонизацию последнего CO₂-содержащей газовоздушной смесью, фильтрацию образовавшейся гидратной пульпы с получением гидроксида алюминия и маточного содового раствора, оборачиваемого на выщелачивание спека, прокалку гидроксида алюминия с получением глинозема, отличающийся тем, что выщелачивание спека ведут карбонатным раствором, содержащим не менее 52,0 г/дм³ Na₂CO₃ при температуре 75-80°С, отношении Т:Ж, равном 1,0:4,0, при общей продолжительности процесса 5÷6 часов, а при выщелачивании оксида алюминия из спека дополнительно проводят первичную виброкавитационную обработку в течение 15-35 минут при значениях окружной скорости 30-55 м/с, обескремнивание спековой пульпы ведут известковым молоком, содержащим 10,0% Са(ОН)₂, при расходе 0,10 дм³/дм³ пульпы и продолжительности 1,25÷4,5 часа, а при обескремнивании спековой пульпы известковым молоком проводят повторную виброкавитационную обработку в течение 20-30 минут при значениях окружной скорости 25-35 м/с.