Способ карбонизации алюминатных растворов Советский патент 1936 года по МПК C01F7/14 

В производстве глинозема любым из эксплоатирующихся в настоящее время щелочных способов нельзя избежать операции разложения алюминатных щелоков, независимо от того, получены ли алюминатные растворы по способу Байера, получены ли они в результате выщелачивания боксито-известково-содовых спеков или шлаков алюмината кальция содовыми растворами. Как в том, так и в другом случае эти алюминатные щелока в дальнейшем подвергаются разложению.

Однако, в то время, когда Байеровские щелока в заграничной производственной практике разлагаются путем введения затравки и последующего длительного выкручивания (5 суток) на декомпезерах, растворы алюмината натрия, получаемые до сих пор на действующих в СССР заводах, не могут быть разложены этим путем и подвергаются карбонизации.

Неизученность процесса карбонизации алюминатных растворов, сложность процессов и многокомпонентность системы, подлежащей изучению,-все это затруднило установление и освоение оптимального производственного режима карбонизации алюминатных растворов.

В проектах принята температура карбонизации растворов 80-85° и скорость карбонизации-первая 30 минут

0,2 л газа в минуту на 1 литр раствора,. затем скорость 0,05 л газа в минуту на 1 литр раствора и под конец 0,025 л газа в минуту на 1 литр раствора.

Указанный режим был запроектирован для карбонизации дымовыми газами. Однако, на практике даже эти малые скорости были значительно уменьшены. Так, например, fia одном из алюминиевых заводов на карбонизатор со 170 алюминатного раствора подавалось газа:

от начала карбонизации до содержания Na2O едкого в растворе 25 г1л- 1700 м 1час;

от 25 до 15 ЫагО едкого в г/л- 1450

от 15 до 5 г/л Na.O едкого - 1200 м 1часот 5 до 1 г1л NaaO едкого-850 ,

Указанный режим мотивировался нёг верными представлениями об условиях получения стандартного по структуре щелочности гидрата глинозема, был связан с большим расходом пара на подогрев растворов и чрезмерно удлинял продолжительность операции.

Описанный производственный режим не обеспечил стандартности гидрата, глинозема по структуре и щелочности.

Предметом настоящего авторского свидетельства является новый способ карбонизации алюминатных растворов и построен на глубоком изучении протекающих физико-химических процессов, а также промежуточных и конечных продуктов карбонизации алюминатных щелоков.

По мнению автора, оптимальным производственным режимом карбонизации растворов для получения стандартного по структуре и чистоте гидрата окиси алюминия должен быть режим применения низких температур при одновременной большой и одинаковой в начале и середине процесса скорости карбонизации (по возможности, концентрированным газом) в пределах до 50°/о СОз в газе.

Не только коллоидные алюминатные щелока, но и молекулярно-дисперсные растворы алюмината натра, независимо от их концентрации и каустического отношения, должны подвергатьсяь карбонизации при температуре 5Й-70° (вместо существующей 80-85°), при скорости карбонизации в 0,24 - м 10-40 /о-го газа в минуту на 1 м раствора (скорость в 10 раз больше применяющихся скоростей).

Указанный режим достигается прекращением подачи пара в змеевики карбонизаторов или острого пара внутрь карбонизаторов, а также применением для карбонизации, кроме дымовых газов, также и газов более концентрированных до 40-бО /о в газе (например, газы известково-обжиговых печей).

С точки зрения научного обоснования применение низких температур карбонизации требуется следующими обстоятельствами: во-первых, как уже экспериментально доказано, рост кристалла гидрата при высоких температурах не ускоряется, но заменяется процессом агломерации, что может быть достигнуто и при низких температурах большей скоростью карбонизации (при одновременной экономии пара).

Таким образом и при температурах 55-70 кристалл гидрата может быть получен удовлетворительным с точки зрения последующих операций промывки, фильтрации, кальцинации и питания электролизера.

С другой стороны при карбонизации алюминатов молекулярно-дисперсных, где автором обнаружено протекание процесса через образование карбонатов лаюминия и их последующее гидролитическое расщепление, высокие температуры благоприятствуют явлениям гетерогенного катализа (ориентация ионов вокруг коллоидной частички), в результате чего образуются комплексные щелочные карбонатные соединения глинозема (типа NaaO АзОз 200 2Н2О и др.).

Указанные соединения удалось изучить: они, аморфны, нерастворимы в воде и растворах соды, легко растворимы в растворах едкого натра, обладают значительной адсорбционной способностью в отношении щелочи и при карбонизации могут выпадать в осадок вместе с гидратом окиси алюминия, загрязняя его.

Эти же соединения в случае их присутствия в гидрате чрезвычайно затрудняют его фильтрацию и промывку, что и наблюдалось на действующих заводах в периоды их пуска и освоения. Свойство описанных структурных соединений разрушаться растворами едкой щелочью и, следовательно, удерживаться в растворе, заставляет принять обязательным условие карбонизации алюминатов ведение операции не до конца, но до содержания 3-4 г в 1 литре МазО едкого.

С целью оставления в растворе некоторого количества едкого под конец операции скорость карбонизации доллсна быть несколько снижена.

Разработанная автором теория карбонизации показывает, что процесс карбонизации должен вестись при температуре 55-70° и возможно больших скоростях, которые, однако, не могут быть достигнуты за счет увеличения концентрации газа свыше 50°/о COj. Уже с СО2 в газе щелочность гидрата может значительно возрастать в зависимости от природы карбонизируемых растворов.

Низкая температура карбонизации благоприятна также с точки зрения загрязнения гидрата органическими соединениями и серой.

Органические соединения и сера прибпониженных температурах легко удер живаются в растворе.

Кроме экономии пара, идущего в настоящее время на подогрев растворов при их карбонизации, настоящий способ карбонизации увеличивает в несколько раз производительность цехов благодаря

применению больших скоростей и высокопроцентного газа до 50% СОз (вместо существующих 10-IS /o COj в газе).

Предмет изобретения.

1. Способ карбонизации алюминатных растворов, отличающийся тем, что

процесс ведут при температуре 55-70 газом, содержащим от 10 до COg, продуваемым со скоростью 0,25-1 м в минуту на 1 м раствора.

2. Прием выполнения способа по п. 1, отличающийся тем, что процесс карбонизации заканчивают при содержании в 1 литре раствора 3-4 г NaaO едкого.