Производство глинозема. Процесс Байера

Процесс Байера является циклическим процессом извлечения глинозема из боксита. Данный процесс представляет собой высокоэффективную и выборочную гидрометаллургическую добычу и отделение глинозема. Процесс состоит из двух основных стадий.
Извлечение гидроокиси алюминия.На первой стадии мелко измельченный боксит и раствор каустической соды (NaOH) нагреваются до температуры 100-360°C в автоклавах. При высокой температуре гидроокись алюминия растворяется в каустической соде, образуя алюмат натрия. Другие компоненты, например, оксиды железа и титана и кремнезем в форме силиката натрия-алюминия, не растворяются. Данная нерастворенная фракция называется красный шлам, красный цвет придает железо. Фракция фильтруется и удаляется . При охлаждении чистый глинозем выпадает в осадок из перенасыщенного раствора алюмата натрия.. Раствор затравливается для усиления осаждения вводом только что полученных кристаллов гидроокиси алюминия. Осадок гидроокиси алюминия отделяется при помощи вакуумных фильтров, основная часть ее используется для затравления. Небольшая часть промывается водой и прокаливается. Любой полученный каустический раствор возвращается в процесс. Процесс основывается на двух физико-химических свойствах AI2O3-Na2O-H2O – температурная зависимость растворяемости гидроокиси алюминия в каустической соде и метастабильность перенасыщенного раствора алюмата. Циклический процесс можно отобразить схематично на примере.
Производство глинозема.На второй стадии полученная гидроокись алюминия нагревается до температуры 1000-1300°C, в длинной вращающейся печи для обжига или в кипящем слое для производства обезвоженного оксида алюминия. Чистый глинозем образуется в виде белого порошка с максимальным содержанием 0,01-0,03% Fe2O3, 0,01-0,02% SiO2 и 0,3-0,6% Na2O.
Боксит сначала смешивается с рекуперированной каустической содой в шаровой или стержневой мельнице, а затем поступает в реактор высокого давления при помощи возвратно-поступательного насоса. Реактор представляет собой серию автоклавов или трубчатый реактор. Взвесь сначала подогревается при помощи непрямого нагрева посредством пара, выделяемого во время прокаливания, а затем при помощи непрямого нагрева температуры 280°C под воздействием пара под высоким давлением или расплавленной соли.
В результате получается жидкость с содержанием растворенного алюмината натрия, нерастворенного боксита и осадка (красный шлам) во взвешенном состоянии. Жидкость охлаждается до температуры примерно 110°C посредством вакуумного прокаливания. Выделяющийся пар используется для предварительного нагрева взвеси боксита, как отмечалось выше, а конденсат используется для промывки красного шлама.
Жидкость растворяется, а остаток красного шлама удаляется путем осаждения в специальной установке. Концентрированный красный шлам промывается во время одной или двух стадий осаждения, затем фильтруется при помощи вакуумных вращающихся фильтров, что позволяет практически полностью отделить щелочь.
Из жидкости вначале осаждаются все твердые частицы, затем осуществляется непрямой нагрев жидкости без осадка (см. ниже). Жидкость поступает в осадитель, который состоит из каскада автоклавов нагрева при температуре от 55 до 70° С. Основная часть гидроокиси алюминия, которая присутствует в перенасыщенной жидкости, осаждается, гидроокись алюминия (AI(OH)3) формируется в вакуумных вращающихся фильтрах и дисковых фильтрах. Некоторая часть гидроокиси алюминия получается путем повторной промывки в вакуумных вращающихся фильтрах и прокаливания. Как уже упоминалось выше, жидкость повторно используется для предварительного нагрева перенасыщенного раствора, а затем возвращается в установку измельчения боксита.
В настоящее время, прокаливание, или обезвоживание гидроокиси с целью получения оксида, осуществляется в основном в печах с кипящим слоем при температуре примерно 1100°C с прямым нагревом на газу или нефти
2AI(OH)3 — > AI2O3 + 3H2O
Качественные характеристики глинозема – размер частиц и содержание альфа-AI2O3 или бета - AI2O3 могут быть изменены путем модификации условий осаждения или прокаливания.

Блок-схема процесса Байера

Основное количество произведенного глинозема используется для получения алюминия. Небольшая часть, включая некоторое количество гидроокиси алюминия, используется в различных отраслях промышленности, включая химическое и керамическое производство.
Металлический оксид должен соответствовать определенным требованиям, включая химическую чистоту и внешний вид. Основная примесь представляет собой Na2O (0,3 – 0,4%), значительными остаточными примесями являются AI2O3 и SiO2 в пределах 100 - 300 ppm, и TiO2, V2O5 и P2O5, которые присутствуют в количестве от 10 до 40 ppm. В настоящее время производители стараются получить прокаленный оксид с содержанием α- AI2O3 менее 30%, с определенными качествами поверхности и малым количеством частиц мелкой фракции менее 45 мкм.
Красный шлам
В среднем на каждую тонну оксида алюминия приходится 0,7 тонн отходов в виде красного шлама. Красный шлам содержит нерастворимую фракцию боксита и смесь оксида железа и титана в форме минерала и остатки с содержанием нерастворимого алюминия. Характерный красный цвет обусловлен высоким содержанием железа.В красном шламе содержится также алюмосиликат натрия, который образуется во время процесса Байера. Эти продукты реакции кремнезема выделяются из боксита (в основном из каолинита)

Pages: 1 2