Совершенствование технологии получения крупнозернистого глинозема с использованием гидроклассификации суспензии Al (OH) 3 при комплексной переработке нефелинов

Россия играет ведущую роль в мировой алюминиевой промышленности, по производству первичного алюминия она занимает ведущее место в мире (14,6% от мирового производства), а по объемам экспорта — первое место среди других экспортеров.

Развитие глиноземного производства в России и странах СНГ на территории бывшего СССР было ориентировано в основном на использование собственной сырьевой базы. Вследствие ограниченных запасов байеровских бокситов (да и то трудновскрываемых с высоким содержанием карбонатов и серы) в сферу промышленного производства широко вовлекались небокситовое сырьенефелины и алуниты, а также высококремнистые бокситы с кремневым модулем 3 ед. (мае. отн. А^Оз/^г) — для переработки таких видов сложного сырья отечественными учеными разработаны высокоэффективные способы.

Болевой точкой отечественной алюминиевой промышленности всегда была и остается проблема развития сырьевой базы. В 2004 г. в России произведено ~3500 тыс. тонн первичного алюминия и всего 3240 тыс. тонн глинозема, дефицит глинозема в 3479,5 тыс. тонн (51,8%) был покрыт за счет импорта из стран СНГ и дальнего зарубежья.

Несмотря на сложность построения рыночных отношений современное состояние технологии производства глинозема в России можно оценить как устойчивое.

Усовершенствованы способы производства глинозема из бокситов разного качества, в том числе с кремневым модулем 3. Получают дальнейшее развитие в крупном промышленном масштабе схемы комплексной переработки небокситового сырья.

Главными стратегическими задачами для предприятий отрасли являются:

— повышение комплексности использования небокситового сырья;

— разработка технологии песочного глинозема из алюминатных растворов сложного состава;

— модернизация технологии на основе новой техники и средств автоматизации на действующих заводах (с широким обновлением основных фондов).

Теперь в нашей стране комплексная переработка нефелинового сырья осуществляется на нескольких заводах и из него произведено миллионы тонн глинозема, содопродуктов и десятки миллионов тонн цемента [1−13].

На Пикалевском глиноземном комбинате комплексная переработка кольского нефелинового концентрата достигла значительного совершенства как в отношении качества выпускаемой продукции, так и экономических показателей.

Тем не менее необходимо отметить, что в объединении «Глинозем» остаются проблемы в плане дальнейшего повышения качества глинозема как по химическому составу, так и по улучшению физических свойств, решение которых позволило бы получать крупнозернистый глинозем высших марок так называемого песочного типа (sandy alumina) — большие возможности способ комплексной переработки нефелинов имеет по расширению ассортимента выпускаемых продуктов.

В работах научной школы металлургов Санкт-Петербургского горного института и Всероссийского алюминиево-магниевого институту выявлены перспективные направления совершенствования способа комплексной переработки нефелинов по повышению качества продукции. Развитию идей этой школы с использованием новых подходов и посвящена настоящая диссертационная работа, что делает ее безусловно актуальной.

Проблема получения глинозема высших марок является ключевой в способах комплексной переработки высококремнистого сырья.

Жесткие условия конкуренции вызвали необходимость дальнейшего повышения качества глинозема. По нашему мнению наиболее интересным процессом, для улучшения физических свойств получаемого глинозема, при переработке нефелинов, является карбонизация. Так как на этой стадии переработки алюминатных растворов происходит формирование кристаллов гидроксида алюминия и подобрав наилучшие параметры работы, можно получить глинозем отвечающий мировым стандартам. Повседневный способ карбонизации алюминатных растворов свидетельствовал о том, что имеется возможность дальнейшего улучшения данной технологии и повышения качества получаемого гидроксида алюминия [14, 15].

Поэтому в диссертации значительное внимание уделено процессу карбонизации, обоснованием выбора активных затравок А1(ОН)3 различной крупности и возможностью повысить качество продукта за счет ввода кальцийсодержащих модификаторов роста кристаллов (ГКАК и СаСОз), исследованию механизма кристаллизации А1(ОН)3 из алюминатных растворов, разработке и внедрению усовершенствованной аппаратурно-технологической схемы получения глинозема высших марок с использованием карбонизаторов и гидроклассификаторов нового типа.

Таким образом, цель диссертации — повышение экономической эффективности производства глинозема на основе улучшения его физико-химических свойств из небокситового сырья (нефелинов). Основные положения, выносимые на защиту:

1. Усовершенствование способа получения крупнозернистого глинозема из нефелинов основано на осуществлении карбонизации алюминатных растворов при пониженной температуре 60−65°С в присутствии крупнокристаллической затравки А1(ОН)3 (>40 мкм), предварительно обработанной при повышенной температуре (85−90°С), что обеспечивает структурные изменения гиббситового осадка, повышение прочности индивидов кристаллов и снижение содержания мелких фракций.

2.

Введение

в процесс карбонизации неорганического кальцийсодержащего модификатора в количестве 0,05−0,1% от содержания А120з в растворе обеспечивает эффективное улучшение физико-механических свойств гидроксида алюминия (крупности и прочности).

3. Условия гомогенизации алюминатно-гидроксидной суспензии и ее гидроклассификация при наименьших энергетических затратах в процессе карбонизации алюминатных растворов определяют аппаратурно-технологическую схему способа получения песочного глинозема.

Апробация работы. Материалы диссертационной работы докладывались на конференции молодых ученых Санкт-Петербургского государственного горного института (технического университета) — 2003, 2004 гг.- 150 м Международном симпозиуме «ICSOBA-2004» (Международный комитет по изучению бокситов, глинозема и алюминия) — инь 2004 г., Санкт-Петербург, РоссияМеждународной научно-технической конференции молодых ученых и специалистов алюминиевой, магниевой и электродной промышленностиноябрь 2003 г., ВАМИ, Санкт-Петербург.

Публикации. Основные положения диссертации опубликованы в 8 статьях и 6 тезисах докладов.

Внедрение результатов диссертационной работы в производство.

— Разработана и частично внедрена на ПО «Глинозем» технология получения крупнозернистого глинозема, что позволило снизить содержание мелких фракций (-325 меш) в продукционном гидрате алюминия (после гидроклассификации) до 7н-10%. В результате содержание фракций —45 мкм. в глиноземе снижено практически в два раза и составляет ~20-г-23%. При этом показатель УЕО уменьшился до 34−7-37°, что соответствует требованиям к глинозему песочного типа.

— Определены технологические параметры процесса карбонизации (температура, затравочное отношение, качество затравки, агломерация мелких частиц твердой фазы и т. д.), позволяющие регулировать гранулометрический состав продукционной гидроокиси алюминия;

— Разработана методика гидродинамического моделирования работы карбонизаторов, позволяющая обоснованно рассчитать промышленные аппараты по данным лабораторных исследований. На основании указанных исследований создана и внедрена конструкция нового карбонизатораобеспечивающая высокую степень поглощения СО2 и коэффициент использования основного оборудования.

— Разработана и внедрена методика расчета системы транспорта суспензии по батарее карбонизаторов с помощью эрлифтов, что обеспечивает 2-х кратное снижение расхода воздуха на осуществление процесса.

— Разработана методика технологического расчета аппаратов гравитационного типа для классификации суспензии гидроксида алюминия.

— Разработана принципиальная аппаратурно-технологическая схема получения крупнозернистого глинозема при переработке нефелинового сырья.

Структура диссертации. Диссертация состоит из введения, 5 глав, выводов, списка литературы и приложения. Работа изложена на 153 страницах машинописного текста, содержит 15 таблиц и 62 рисунка. Библиография включает 108 наименований.

144 ВЫВОДЫ.

1. В результате комплексных исследований установлено существенное влияние дисперсного состава затравки на гранулометрические характеристики и прочность агрегатов А1(ОН)з, образующихся в процессе карбонизации алюминатного раствора при получении глинозема из нефелинов.

2. Разработаны оптимальные технологические условия приготовления затравок гидроксида алюминия, используемых для разложения алюминатных растворов в содовой и содо-щелочных ветвяхпоказано, что для карбонизации растворов в содовой ветви необходимо применять затравку, обогащенную частицами +40 мкм, а на стадии агломерации в содо-щелочной ветви — мелкую затравку, содержащую в основном частицы -40 мкм. Это обусловлено различием в механизме образования зародышей гиббсита на поверхности указанных затравок.

3. Выявлены различия в активности крупной и мелкой затравок А1(ОН)3. Концентрация кислотно-основных центров на поверхности затравки.

5 2.

40 мкм соответствует величине 12,6−10″ г-ион/м, у мелкой затравки эта.

5 2 характеристика 3,1−10″ г-ион/м .

4. Установлены особенности возникновения зародышей гиббсита на поверхности крупной затравки: в результате реакции нейтрализации А1(ОН)4″ —" А1(ОН)3 образуется аморфный слой, через который под воздействием внешних параметров осуществляет фазовый переход л.

TdAi (OH) 4 —>ОЬд^он) — при полимеризации гиббситовых радикалов А1(ОН)б «возникает «гиббситовый клей», который служит инструментом укрупнения агломератов А1(ОН)3 и повышения их прочности.

5. Доказано, что повышение активности крупной и мелкой затравок для содовой и содо-щелочной ветвей осуществляется путем их предварительной обработки в горячем (85−90°С) алюминатном растворе.

6. Для усиления роста агломератов А1(ОН)3 и повышения их прочности целесообразен ввод в содовую ветвь неорганического модификатора.

СаСОз. Предложен механизм его действия на основе образования и распада метастабильного ГКАК, в структуре которого имеется гиббситовый радикал, через ионы кальция протекает перекачка упомянутых радикалов, что приводит к дополнительному получению «склеивающих» прослоек для роста и повышения прочности агломератов гидроксида алюминия.

7. Разработаны теоретические основы и методика гидродинамического моделирования процессов карбонизации алюминатных растворов.

8. Установлено, что диссипация энергии представляет собой универсальный критерий для оценки затрат мощности на карбонизацию алюминатных растворов, позволяющий обеспечить модельность лабораторных и промышленных реакторов.

9. Разработана конструкция нового карбонизатора с низким гидравлическим сопротивлением, а также теория расчета транспортной системы карбонизационных батарей и гидроклассификаторов для классификации суспензий, содержащих полидисперсную твердую фазу гидроксида алюминия.

10. На основании всех полученных данных разработана аппаратурно-технологическая схема получения активного песочного глинозема из нефелинов, отвечающего мировым стандартам. Ожидаемый экономический эффект (на долю автора) составляет 1736,4 тыс. руб. в год.