Способ переработки алюмосиликатного сырья Советский патент 1992 года по МПК C01F7/38 

Известен способ обработки карбонатного материала путем формования в бесконечную ленту, сушки и обжига последней на слое расплавленного металла, при этом ленту формуют с полостями на обращенной к расплаву поверхности так, что площадь контакта ленты с расплавом составляет 5-20% всей поверхности ленты.

Этот способ уменьшает возможность налипания на ленту обрабатываемого материала расплавленного металла --теплоносителя. Недостатком данного способа является непрочность и довольно высокая вероятность разрушения ленты обрабатываемого материала, что связано со скоплением газов при декарбонизации материала в полостях, образованных лентой и теплоносителем, приводящим к повышению давления в этих полостях. Кроме того, возникают осложнения в результате брыз- гоуноса расплавленного металла под действием выделившихся из материала газов при выходе ленты из реактора.

Наиболее близким по технической сущности и достигаемому результату к предлагаемому является способ получения глинозема, включающий размол и смешение алюмосиликатного сырья, известняка и оборотных продуктов, корректирование глиноземсо- де ржа щей шихты, ее термообработку до максимально допустимой температуры спекания при контакте с теплоносителем, выщелачивание спека, разложение алюминатного раствора с выделением гид- роксида алюминия путем карбонизации поступающими с передела спекания газами.

Термообработку осуществляют во вращающейся печи за счет тепла продуктов сгорания органического топлива. Это обуславливает низкую удельную производительность процесса (съем продукта с 1 м2 внутренней поверхности футеровки печи 2 5-35 к г /(м2- ч)), повышенный удельный расход топлива из-за повышенных потерь тепла через корпус вращающейся печи в окружающую среду и с отходящими газами, пониженное извлечение полезных компонентов при гидрохимической переработке спека из-за неравномерной термообработки отдельных гранул шихты, характерной для вращающихся печей при вводе всего топлива в разгрузочный конец и высокой тепловой форсировке зоны горения - спекания. Поступающий со спекания на карбонизацию алюминатного раствора газ имеет весьма низкую концентрацию С02 (8-14%) из-за разбавления продуктами горения и подсосами воздуха в системе газоочистки, что приводит к повышенному расходу энери

гии на его продавливание через слой раствора в карбонизаторах.

Цель изобретения - повышение производительности процесса, извлечение полезныхкомпонентов,снижение

энергетических затрат.

Поставленная цель достигается тем, что в способе переработки алюмосиликатного сырья, включающем приготовление шихты

из алюмосиликатного сырья, известняка и оборотных продуктов, спекание и выщелачивание спека. шихту формуют в бесконечную ленту при влажности не более 2% и спекание ведут на поверхности слоя расплавленного металла с температурой на 30- 250°С выше i максимально допустимой температуры спекания шихты, при скорости перемещения ленты шихты по поверхности расплавленного металла, определяемой согласно формуле

JEL

ten

где V - скорость перемещения ленты, м/с; К - размерный коэффициент пропорци- ональности, равный (1.5-4,5) м/с;

tp -температура расплавленного металV K

ла.

°С:

30

35

40

50

55

ten - максимально допустимая температура спекания шихты, °С.

При формовании бесконечной ленты глиноземсодержащей шихты со стороны расплава выполняют полости с отверстиями в своде с живым сечением 3-30%. Спекание ленты шихты на слое расплавленного металла проводят до степени взаимодействия компонентов 65-80%, а последующее спекание осуществляют во вращающемся барабане при скорости нагрева 0,5 - 15 град/мин.

Способ осуществляют следующим образом.

Шихту до влажности формования 5- 15% доводят путем фильтрации в случае ее приготовления мокрым способом с на- 45 чальной влажности 30% или увлажнением при приготовлении сухим способом. Эту шихту формуют в бесконечную ленту (например, на ленточном прессе), содержащую с нижней стороны разделенные перегородками отдельные полости, имеющие в своде отверстия с живым сечением 3-30%. Эту ленту перемещают вдоль оси за счет, например, торцового усилия, развиваемого ленточным прессом, высушивают в камере сушки до остаточной влажности не более 2% и подают в реакционную камеру на слой расплавленного чугуна. Температуру расплавленного теплоносителя поддерживают на 30-250°С выше максимально допустимой

температуры спекания шихты (которая для нефелино-известняковой шихты составляет примерно 1290°С).

Скорость продольного перемещения ленты по поверхности расплава выбирают пропорционально отношению выбранной температуры рёсплава и максимально допустимой температуры спекания шихты:

V К (tp/tcn),

при диапазоне изменения размерного коэффициента пропорциональности (1,5-4,5)х .

Предлагаемый способ может быть осуществлен в две стадии спекания, при этом термообработка ленты шихты в первую стадию производится на слое расплавленного теплоносителя при приведенных характеристиках до достижения степени взаимодействия компонентов шихты 65-80%, а термообработка полученного полупродукта во вторую стадию осуществляется в пересыпающем слое во вращающемся барабане при скорости нагрева 0,5-15 град/мин.

Влажность формования глиноземсо- держащей шихты 5-15% обеспечивает применительно именно к этому материалу получение достаточно прочной и пластичной ленты. При меньшей влажности лента склонна к растрескиванию и непрочна, при большей влажности не удается организовать стабильный непрерывный процесс формования, появляется тенденция к налипанию на формующие и транспортирующие поверхности контакта, лента легко деформируется; лучшие результаты при влажности 9-10%.

За максимально допустимую температуру спекания принимается температура, при которой достигается максимальное извлечение компонентов при выщелачивании спека, имеющего достаточно высокую пористость. Превышение этой температуры приводит к резкому оплавлению спека, уменьшению его пористости, снижению извлечения компонентов, возрастанию возгона щелочей (для нефелино-известняковой шихты эта температура примерно составляет 1290°С).

При температуре поверхности расплаве ленного теплоносителя наЗО-250°С, превышающей максимально допустимую температуру спекания, обеспечивается достаточно интенсивная теплопередача от расплава ленте шихты без разрыва ленты, налипания теплоносителя на ленту шихты, оплавления контактирующей поверхности ленты. При превышении температуры теплоносителя менее, чем на 30°С, снижается интенсивность теплообмена, уменьшается сьем продукта с поверхности расплава, требуется увеличение времени термообработки, связанное с возгоном щелочей, снижением извлечения, проникновением расплава в поверхностный слой ленты ших- ты. При превышении температуры теплоносителя более, чем на 250°С выше максимально допустимой температуры спекания шихты, происходит разрыв ленты из- за чрезмерно интенсивного выделения

углекислого газа при декарбонизации, наблюдается интенсивное оплавление контактирующей поверхности ленты и налипание на ленту теплоносителя, во избежание чего требуется чрезмерное увеличение скорости

ленты, связанное с возможностью ее разрушения, а также со снижением извлечения из-за сокращения времени выдержки при максимальных температурах спекания. Кроме того, повышенная температура теплоносителя приводит к увеличению потерь тепла через корпус и ухудшению службы футеровки.

Скорость движения ленты по поверхности расплава выбирается пропорционально

отношению принятой температуры расплава и максимально допустимой температуры спекания шихты, т.е. чем больше это соотношение, тем более высокую скорость ленты необходимо поддерживать во избежание

оплавления поверхности контакта ленты шихты, возгона щелочей. Коэффициент пропорциональности в этом соотношении составляет (1,5-4,5) м/с. При его величине менее 1, чрезмерно уменьшается скорость и увеличивается время пребывания шихты на слое расплава, что ведет к возгону щелочей, прилипанию теплоносителя к ленте, снижению извлечения компонентов. При величине этого коэффициента более 4,5х

х10 чрезмерно возрастает скорость движения ленты и уменьшается время пребывания шихты в реакционной камере, в результате чего увеличивается вероятность разрушения ленты, снижается время пребывания при температурах спекания и. соответственно, степень взаимодействия компонентов, уменьшается извлечение глинозема из спека.

Лента шихты формуется с полостями на

нижней поверхности, разделенными перегородками. Это уменьшает поверхность контакта с расплавом и возможность его налипания, при этом интенсивность теплопередачи снижается незначительно ввиду

весьма малого зазора между поверхностью ленты и расплавом.

В ленте над полостями выполнены вертикальные отверстия, имеющие живое сече- ние 3-30%. Отверстия служат для непрерывного отвода выделяющегося при

декарбонизации углекислого газа из полостей между лентой и поверхностью расплава, а также из толщи ленты во избежание растрескивания ленты, выбросов капель расплава. При живом сечении отверстий ме- нее 3% интенсивность отвода газа недостаточна, в полостях нижней части ленты поднимается давление, происходит растрескивание ленты, выброс капель расплава при разгрузке и по боковым сторонам лен- ты При живом сечении более 30% снижается механическая прочность ленты, образуются трещины между близко расположенными отверстиями, что нарушает ста- бильность процесса, ухудшает теплопереработку.

При термообработке шихты на слое расплавленного высокотемпературного теплоносителя наиболее существенное технологическое преимущество спекания глиноземсодеражщей шихты - обработка в условиях теплового удара, который интенсифицирует взаимодействие компонентов, повышает извлечение глинозема и щелочей.

При осуществлении двухстадийного процесса спекания с доведением на первой стадии на слое расплавленного теплоносителя степени взаимодействия компонентов шихты до 65-80% обеспечиваются наиболее эффективные теплотехнологические ус- ловия работы. Температура обработки шихты на первой стадии существенно ниже максимальной температуры спекания, поэтому может быть существенно увеличена температура теплоносителя и скорость дви- жения ленты без опасности оплавления шихты, налипания теплоносителя, что повышает удельный сьем полупродукта с поверхности расплава. При этом достигается наиболее эффективный режим нагрева в подготовительной стадии спекания - тепловой удар. При степени взаимодействия компонентов в первой стадии менее 65% значительная доля процесса взаимодействий переносится на вторую стадию, где об- работка производится в пересыпающемся слое во вращающемся барабане. Неравномерность обработки, характерная для вращающихся барабанов, обуславливает при этом снижение извлечения компонентов, возрастание размеров дорогостоящего и теплотехнически неэффективного вращающегося барабана. При этом ввиду малой степени взаимодействия на первой стадии снижается интенсифицирующий эффект теплового удара. При степени взаимодействия на первой стадии более 80% достаточно полно используются преимущества протекания взаимодействий на подготовительных фазах в условиях теплового удара.

Однако ввиду оплавления нижней поверхности ленты и налипания теплоносителя приходится снижать его температуру, что уменьшает сьем продукта в подготовительных зонах, затрудняет отделение ленты от теплоносителя.

Лучшие результаты достигаются при термообработке на первой стадии на слое расплава до степени взаимодействия 75%. В этом случае еще не наблюдается налипание и оплавление ленты при достаточно высокой температуре теплоносителя, обеспечивающей интенсивный теплообмен и взаимодействие. В то же время при таком уровне нагрева и протекания взаимодействий на первой стадии, материал, поступающий в пересыпающийся слой второй стадии, практически должен быть нагрет незначительно. В основном на второй стадии в этом случае требуется несколько догреть и выдержать материал при относительно пониженных температурах для завершения процесса. Это позволяет и в условиях вращающегося барабана получить практически равномерно и достаточно полно обработанный при пониженных температурах спек высокого технологического качества.

Доведение материала на второй стадии в пересыпающемся слое до необходимой температуры спекания осуществляют при скорости нагрева 0,5-15 град/мин, которая обеспечивает достижение равномерности термообработки и необходимого времени выдержки при достаточно компактном вращающемся барабане. При скорости нагрева менее 0,5 град/мин возрастают размеры барабана, капитальные вложения. При этом заметно увеличивается возгон щелочей, что приводит к астехиометрии спека и снижению извлечения. При скорости нагрева более 15 град/мин возникает перегрев наружной поверхности пересыпающегося слоя из-за необходимости поддерживать повышенную температуру теплоносителя, что обуславливает оплавление, неравномерность термообработки, снижение извлечения компонентов, ухудшение стойкости футеровки. Скорость нагрева в барабане регулируется его наклоном, скоростью вращения, длиной, температурой теплоносителя.

Преимущества предлагаемого способа состоят в том, что интенсифицируется теплопередача, обеспечивается протекание процесса взаимодействия компонентов шихты на подготовительных стадиях в условиях теплового удара, что интенсифицирует протекание химических реакций, обеспечивается получение практически чистого углекислого газа, подаваемого на карбонизацию алюминатного раствора, а также

создание достаточно экологически чистого производства глинозема способом спекания. Тепло от охлаждения ленты спека может быть использовано для выработки электроэнергии, которая будет направляться на подвод тепла к расплавленному теплоносителю (например, в результате использования для бесконтактного охлаждения спека низкокипящих жидкостей (типа фреона), пары которых подают в турбину.

Нефелинсодержащее сырье (щелочное алюмосиликатное сырье), известняк, оборотный белый шлам размалывают, смешивают, корректируют до заданных стехиометрическихсоотношений

(CaO/Si02 2.0;Na20(K20)/Al203 1 1) Шихту подвергают термообработке до максимально допустимой температуры спекания 1290°С при контакте с теплоносителем. Спек выщелачивают оборотным содощелоч- ным раствором: алюминатный раствор отделяют от белитового шлама, который направляют на производство цемента. Алюминатный раствор обескремнивают и подвергают карбонизации СОа-содержащими печными газами спекания с выделением гидроксида алюминия и подачей содового раствора на выделение содопродуктов

Показатели применения предлагаемо1 го и известного способов приведены в табл.1 и 2.

Опыт 1 осуществляют по известному способу. Спекание шихты, приготовленной мокрым способом с влажностью 29%, осуществляют во вращающейся печи|/5 х 185 м при производительности 100 т/ч спека. Термообработка производится за счет теплоты, выделяемой при сжигании органического топлива, при непосредственном контакте поверхности пересыпающегося слоя материала с газовым теплоносителем и с нагретой поверхностью футеровки. Отходящие газы на выходе из печи содержат 22-27% С02. Ввиду их большой запыленности они проходят многоступенчатую очистку в пылевой камере, циклонах, электрофильтре, скруббере-электрофильтре, где разбавляются подсосами атмосферного воздуха до содержания С02 - 10-15% Газ с такой концентрацией нагнетателями подают на карбонизацию алюминатного раствора.

Низкая эффективность теплопередачи между газовым теплоносителем и поверхностью слоя материала и большое разбавление С02 в печных газах ограничивают удельную производительность, увеличивают расход энергии на спекании и карбонизации.

В опытах 2-6 приведены результаты испытания предлагаемого способа при полном проведении спекания шихты на слое расплавленного теплоносителя, причем в опытах 3-5 величина параметров находится в предлагаемых пределах. В качестве тепло- 5 носителя принят расплавленный серый чугун, помещенный в графитовый реактор, нагрев осуществляют высокочастотным индуктором. Нефелино-известняковую шихту, приготовленную сухим способом и увлаж0 ненную до формовочной влажности, формуют на ленточном прессе в ленту толщиной 5 мм и шириной 16 мм, которая перемещается по длине реактора за счет торцовых усилий, развиваемых ленточным прессом

5 Перед поступлением в реактор лента шихты подсушивается в сушильной камере до заданной остаточной влажности. При проведении опытов варьируется температура расплавленного теплоносителя, скорость

0 перемещения ленты, влажность формования шихты, остаточная влажность ленты шихты перед поступлением на слой расплава. Из реактора выходит газ, на 90-95% содержащий С02 (некоторое разбавление

5 происходит за счет небольших подсосов воздуха, досушки и дегидратации шихты). Применение такого концентрированного газа на карбонизации алюминатного раствора позволяет в 5 раз сократить расход элек0 троэнергии на его транспортирование за счет уменьшения расхода.

Использование предлагаемого способа позволяет в 10-15 раз увеличить сьем продукта с поверхности контакта обжигаемой

5 шихты и теплоносителя по сравнению со спеканием во вращающейся печи, снизить расход энергии на спекании на 20-30%, увеличить извлечение глинозема при выщелачивании спека на 1-1,5 абс.%.

0 В опытах 9-13 приведены результаты применения предлагаемого способа при осуществлении процесса спекания в две стадии с проведением нагрева и частично декарбонизации и взаимодействия компо5 нентов в первую стадию на слое расплавленного теплоносителя, а завершающей стадии спекания в пересыпающемся слое во вращающейся барабанной печи. В опытах 10-12 параметры процесса находятся в

0 предлагаемых пределах. В табл. 2 приведены опыты 9-13 и для сравнения опыт 6, где процесс осуществлен в одну стадию на слое расплава. Ввиду того, что на первой стадии не требуется длительной выдержки, в этих

5 опытах последовательно повышают температуру расплавленного теплоносителя и скорость движения ленты, что позволяет регулировать степень взаимодействия в шихте на первой стадии. Регулирование условий нагрева во вращающемся барабане

00,3 х 0,8 м осуществляется изменением наклона, частоты вращения, температуры теплоносителя. В результате двухстадий- ной обработки шихты по сравнению с обработкой в одну стадию на слое расплава улучшается технологическое качество спе- ка - увеличивается его пористость на «10%, повышается извлечение глинозема на 1- 1,5%, снижается удельный расход энергии на спекание на , увеличивается удельный съем продукта с 1 м2 поверхности расплава в 1,6-1,9 раза.

Формула изобретения 1. Способ переработки алюмосиликат- ного сырья, включающий приготовление шихты из алюмосиликатного сырья, известняка и оборотных продуктов, спекание и выщелачивание спека, отличающий- с я тем, что, с целью повышения производительности процесса,извлечения полезных компонентов, снижения энергетических затрат, шихту формуют в бесконечную ленту при влажности 5-15% сушат до остаточной влажности не более 2%, и спекание ведут на поверхности слоя

расплавленного металла с температурой на 30-250°С выше максимально допустимой температуры спекания шихты, при скорости перемещения ленты шихты по поверхности расплавленного металла, определяемой по формуле

V-K-tp/tcn, где V- скорость перемещения ленты;

К - размерный коэффициент пропорциональности, равный (1,5-4, м/с;

tp - температура расплавленного металла, °С;

ten - максимально допустимая температура спекания шихты, °С.

2. Способ по п. 1, отличающийся тем, что при формовании бесконечной ленты глиноземсодержащей шихты со стороны расплава выполняют полости с отверстиями в своде с живым сечением 3-30%.

3. Способ по пп. 1и2, отличающийся тем, что спекание ленты шихты на слое расплавленного металла проводят до степени взаимодействия компонентов 65- 80%, а последующее спекание осуществляют во вращающемся барабане при скорости нагрева 0,5-15 град/мин. Таблица 1

Изобретение относится к способам получения глинозема спеканием. Цель изобретения - повышение производительности процесса, извлечение полезных компонентов, снижение энергетических затрат. Для этого готовят шихту из алюмосиликатного сырья, известняка и оборотных продуктов, ее формуют в бесконечную ленту при влажности 5-15%, сушат до остаточной влажности не более 2% и спекают на поверхности слоя расплавленного металла с температурой на 30-250°С выше максимально допустимой температуры спекания шихты с перемещением ленты шихты по поверхности расплавленого металла. Спек выщелачивают. Данный способ позволяет повысить извлечение глинозема на 5%, увеличить производительность в 1,6-1,9 раза, снизить энергозатраты. 2 з.п. ф-лы, 2 табл. Известен способ получения портланд- цементного клинкера, при котором сырьевая смесь формуется в бесконечную ленту, сушится и обжигается на поверхности расплавленного чугуна. Этот способ обеспечивает интенсивную термообработку сыревой смеси, экологически достаточно чист. Однако параметры проведения процесса установлены применительно к конкретному материалу- цементному клинкеру - и не могут быть использованы для термообработки других материалов, в частности для спекания шихты глиноземного производства. Такие параметры могут быть установлены только экспериментально при обработке конкретного материала. Ё 5 N ГО Ю GO

Влажность формуемой ленты шихты WM,%

Остаточная влажность ленты шихты после сушки Wocr ,

Максимально допустимая температура спекания

°г

Температура расплавленного металла-теплоносителя tp,°C

Отношение tp/tcn

Разность между температрой расплавленного теплносителя и максимально допустимой температурой спекания (tp- tcn),°C

Сюрость перемещения леты шихты по поверхности PC сплавленного металла, V 103 м/с

Коэффициент пропорциональности для определения скорости перемещения ленты по поверхности расплавленного металла, К «103 м/с (К V/tp/tcn)

Живое сечение отверстий а ленте шихты f,%

JO

15

18

1290

1320 1,023

1290

1290

1290

144015 101570

1,1161,,217

30

150

250

280

1,221,54

2,805,375,84

1,21,5

2,03,0

2,54,54,8

20,030,035,0

Извлечение глинозема при выщелачивании опека

Qfvetth %

Удельная производительность (съем спека с единицы поверхности расплавленного теплоноси86,636,887,589,088,086,7

Величина съема спека с 1 м2 внутренней поверхности футеровки вращающейся печи в час

-

12901290J290129012901290

momo-1 80150015301570

1,1161,1161,1(471,1631,1861,217

1501501502102 tO280

2,52,7 3,9k,2k,SM

2,83,0 A,54,9 5,35,8

1290 900 950 1150 1050 930

Продолжение табл 1

Табяица2

Показатели

Степень декарбонизации ленты шихты на выходе со слоя расплавленного металла , %

Степень взаимодействия компонентов шихты на выходе со слоя расплавленного металла (оценивается по величине извлечения глинозема при стандартом выщелачивании спека) , Температура обжигаемого материала в зоне спекания пересыпающегося во врщающемся барабане второй стадии слоя, С

Скорость нагрева в пересыпающемся слое во вращающемся слое на второй стадии спекания, град/мин

Извлечение глинозема три выщелачивании готового спека C0ftpi05 ,%

Пористость спека, %

Удельная производительность (съем с единицы поверхности расплавленного теплоносителя в пересчете на спек) G/F, )

Удельный расход энергии на спекании,МДж/т спека

Продолжение табл 2

Знамения показателей для опыта 6 I 9 МО 111 | 12 Г 13

1000 20 35856030

89,0 60 65807261

1290 1270 1270 1270 1270 1270

1C15

0,50,3

89,0 39,1 89,7 90,5 89,9 89,1 3032 37 Ю3833

/150 Ш 720 790 850 890 3180 3175 3120 3000 ЗЮО 3170