Главная страница  |  Описание сайта  |  Контакты
СПОСОБ ПЕРЕРАБОТКИ ЩЕЛОЧНОГО АЛЮМОСИЛИКАТНОГО СЫРЬЯ
СПОСОБ ПЕРЕРАБОТКИ ЩЕЛОЧНОГО АЛЮМОСИЛИКАТНОГО СЫРЬЯ

СПОСОБ ПЕРЕРАБОТКИ ЩЕЛОЧНОГО АЛЮМОСИЛИКАТНОГО СЫРЬЯ

Патент Российской Федерации
Суть изобретения: Использование: в производстве глинозема. Сущность изобретения: способ заключается в приготовлении шихты путем смешения щелочного алюмосиликатного сырья с известняком, оборотным шламом и соединениями щелочных металлов, ее измельчение и корректирование до заданной величины молярных отношений в шихте CaO/SiO2 = 1,9 - 2,1 и R2O/Al2O3 ≥ 1,0, где R2O - сумма Na2O и K2O в пересчете на молярную массу Na2O. Затем ведут спекание шихты продуктами горения топлива с получением спека. Спек выщелачивают оборотным содощелочным раствором. Отделяют полученный алюминатный раствор от белитового шлама. Последный промывают водой и используют в производстве цемента. Подают крепкую промывную воду на приготовление содощелочного раствора для выщелачивания спека. Обескремнивают алюминатный раствор. Полученный при обескремнивании белый шлам подают на приготовление шихты. Обескремненный алюминатный раствор подвергают карбонизации газами от спекания шихты с выделением гидроксида алюминия. Выделяют содопродукты из полученного при карбонизации содового раствора. Измельчение шихты ведут до содержания фракции +80 мкм в %, равном 500 - 800 единиц от величины молярного отношения Fe2O3/SiO2 в сырье, а величину превышения молярного отношения R2O/Al2O3 в шихте над единицей изменением дозировки щелочей поддерживают равным 0,003 - 0,06 единиц от величины молярного отношения SiO2/Al2O3 в сырье, при этом изменением расхода воды на промывку белитового шлама концентрацию оксида алюминия в алюминатном растворе при выщелачивании спека поддерживают в г/дм3 равной 150 - 350 единиц от величины молярного отношения Al2O3/SiO2 в спеке. 1 табл.
Поиск по сайту

1. С помощью поисковых систем

   С помощью Google:    

   С помощью Яндекс:  

2. Экспресс-поиск по номеру патента


введите номер патента (7 цифр)

3. По номеру патента и году публикации

2000000 ... 2099999   (1994-1997 гг.)

2100000 ... 2199999   (1997-2003 гг.)
Номер патента: 2060941
Класс(ы) патента: C01F7/38
Номер заявки: 92015217/26
Дата подачи заявки: 17.12.1992
Дата публикации: 27.05.1996
Заявитель(и): Всероссийский научно-исследовательский и проектный институт алюминиевой, магниевой и электродной промышленности
Автор(ы): Арлюк Б.И.; Срибнер Н.Г.
Патентообладатель(и): Всероссийский научно-исследовательский и проектный институт алюминиевой, магниевой и электродной промышленности
Описание изобретения: Изобретение относится к производству глинозема в цветной металлургии.
Известен способ получения глинозема из высокоглиноземистого бесщелочного сырья боксита, включающий выщелачивание сырья, разделение алюминатного раствора и красного шлама, его промывку и удаление из процесса, выкручивание алюминатного раствора с выделением гидроксида алюминия, упаривание оборотного раствора перед подачей на выщелачивание. При этом компенсацию потерь щелочи осуществляют вводом свежей каустической щелочи [1]
Недостатки способа состоят в высокой чувствительности к свойствам сырья его вскрываемости при выщелачивании, содержанию глинозема, кремнезема, примесей, а также в необходимости расходования дорогой и дефицитной каустической щелочи для компенсации потерь.
Ближайшим аналогом изобретения, принятым за прототип, является способ переработки щелочного алюмосиликатного сырья, включающий приготовление шихты путем его смешения с известняком, оборотными белым шламом и соединениями щелочных металлов, ее измельчение и корректирование до заданной величины молярных отношений CaO/SiO2=1,9-2,1 и R2O/Al2O3≥1,0 (где R20 сумма Na2O и K2O в пересчете на молярную массу Na2O), спекание шихты продуктами горения топлива, выщелачивание спека оборотным содощелочным раствором, отделение полученного алюминатного раствора от белитового шлама, его промывку водой и использование для получения цемента, подачу крепкой промывной воды на приготовление содощелочного раствора для выщелачивания спека, обескремнивание алюминатного раствора, подачу полученного белого шлама на приготовление шихты, карбонизацию обескремненного алюминатного раствора газами от спекания шихты с выделением гидроксида алюминия, выделение содопродуктов из полученного содового раствора [2]
Недостатки известного способа состоят в том, что при переработке щелочного алюмосиликатного сырья с пониженным содержанием глинозема и повышенным cодержанием кремнезема существенно снижается извлечение глинозема и щелочей, возрастают энергетические затраты. Для достижения достаточной эффективности переработки такого сырья при осуществлении технологического процесса требуется учитывать дополнительные факторы, не предусмотренные в известном способе прототипе.
Техническим результатом изобретения являются повышение извлечения глинозема и щелочей, снижение энергетических затрат, повышение производительности процесса при переработке щелочного алюмосиликатного сырья с пониженным содержанием глинозема.
Технический результат достигается тем, что в способе переработки щелочного алюмосиликатного сырья, включающем приготовление шихты путем его смешения с известняком и оборотным шламом и соединениями щелочных металлов, ее измельчение и корректирование до заданной величины молярных отношений в шихте CaO/SiO2=1,9-2,1 и R2O/Al2O3 ≥1,0, спекание шихты продуктами горения топлива с получением спека, содержащего двухкальциевый силикат и алюминаты щелочных металлов, выщелачивание спека оборотным содощелочным раствором, отделение полученного алюминатного раствора от белитового шлама, его промывку водой и использование для производства цемента, подачу крепкой промывной воды на приготовление содощелочного раствора для выщелачивания спека, обескремнивание алюминатного раствора, подачу полученного белого шлама на приготовление шихты, карбонизацию обескремненного алюминатного раствора газами от спекания шихты с выделением гидроксида алюминия, выделение содопродуктов из полученного содового раствора, измельчение шихты ведут до содержания фракции +80 мкм в равном 50-800 величины молярного отношения Fe2O3/SiO2 в сырье, т. е. R80 (% )=(50-800)x (Fe2O3/SiO2)c, а величину превышения молярного отношения R2O/Al2O3 в шихте над единицей изменением дозировки щелочей поддерживают равным 0,003-0,060 от величины молярного отношения SiO2/Al2O3 в сырье, т.е.
- 1 (0,003-0,060)· при этом изменением расхода воды на промывку белитового шлама концентрацию оксида алюминия в алюминатном растворе при выщелачивании спека поддерживают в г/дм3 равной 150-350 от величины молярного отношения Al2O3/SiO2 в спеке, т.е.
C= (150÷350)
Предлагаемый способ предназначен для переработки щелочного алюмосиликатного сырья с пониженным содержанием глинозема и повышенным кремнезема. Такое сырье по сравнению с перерабатываемым известным способом нефелином (Na, K)2O ˙Al2O3 ˙2SiO2 имеет более сложный минералогический состав и содержит ряд минералов с повышенным содержанием кремнезема (в частности полевые шпаты (Na, K)2O˙ Al2O3˙6SiO2, альбит Na2O ˙Al2O3x x6SiО2, анальцим Na2O ˙Al2O3 ˙6SiO2 ˙2Н2О и др.). Эти минералы имеют существенно меньшую реакционную способность при спеканиии с известняком, требуют повышенного расхода известняка на связывание кремнезема в двухкальциевый силикат и соответственно повышенного расхода топлива. Затруднена промывка белитового шлама после выщелачивания спека ввиду меньшего остаточного содержания алюминатов щелочных металлов. Повышенное количество двухкальциевого силиката в спеке способствует возрастанию вторичных потерь глинозема и щелочей из-за частичного разложения двухкальциевого силиката каустической и карбонатной щелочами с образованием растворимого силиката натрия и далее нерастворимого алюмосиликата натрия (Na2O ˙Al2O3 ˙2SiO2 ˙2H2O), трехкальциевого гидроалюмината, гидрограната, обуславливающих вторичные потери полезных компонентов.
Для уменьшения отрицательного влияния перечисленных факторов при переработке щелочного алюмосиликатного сырья с пониженным содержанием глинозема и повышенным содержанием кремнезема в предлагаемом способе предусматриваются следующие специальные меры.
Обеспечивается повышение реакционной способности шихты при спекании за счет
достаточно тонкого размола компонентов шихты, при этом во избежание перерасхода энергии на размол содержание фракции +80 мкм(%) поддерживают на определенном уровне, зависящем от отношения Fe2O3/SiO2 в сырье; с увеличением содержания SiO2 в сырье увеличивают поверхность контакта компонентов шихты повышением тонкости помола, а с увеличением Fe2O3размол загрубляют ввиду повышения легкоплавкости шихты и проведения процесса при повышенном количестве жидкой фазы;
увеличения молекулярного отношения R2O/Al2O3 в шихте по мере повышения отношения SiO2/Al2O3 в сырье; с увеличением отношения в шихте R2O/Al2O3 за счет введения оборотного содового раствора до уровня, превышающего стехиометрически необходимый для образования алюминатов щелочных металлов, т.е. R2O/Al2O3≥1,0, интенсивность взаимодействия компонентов шихты в подготовительных зонах печи существенно возрастает, в частности ввиду появления капель расплава при образовании легкоплавкой эвтектики Na2CO СаСО3 (при 790оС).
Уменьшается возможность развития вторичных потерь глинозема и щелочей при выщелачивании спека, имеющего повышенное содержание SiO2 и пониженное Al2O3 (в соответствии с составом перерабатываемого сырья), путем поддержания пониженной концентрации Al2O3 в алюминатном растворе после выщелачивания по мере уменьшения отношения Al2O3/SiO2 в спеке за счет изменения расхода воды на промывку белитового шлама после выщелачивания.
Способ осуществляют следующим образом.
Щелочное алюмосиликатное сырье с пониженным содержанием глинозема и повышенным содержанием кремнезема размалывают совместно с известняком и оборотным белым шламом, поступающим с передела обескремнивания, на оборотном содовом растворе. Измельчение шихты осуществляют до содержания фракции +80 мкм (%) в пределах 50-800 величины молярного отношения Fe2O3/SiO2 в сырье.
При величине этого соотношения менее 50 чрезмерно возрастает расход электроэнергии на помол и плавкость шихты без повышения извлечения ценных компонентов. При величине соотношения более 800 существенно замедляется скорость взаимодействия компонентов при спекании, что снижает технологическое качество спека, уменьшает извлечение полезных компонентов, уменьшает срок службы футеровки зоны спекания печи из-за необходимости увеличения температуры спекания грубодисперсной шихты. Шихту корректируют для достижения молярного отношения CaO/SiО2=1,9-2,1. Величину молярного отношения R2O/Al2O3 поддерживают на уровне >1,0 изменением подачи на размол оборотного содового раствора. При этом величину превышения молярного отношения R2O/Al2O3 над единицей поддерживают в пределах 0,003-0,060 от величины молярного отношения SiO2/Al2O3 в сырье. При величине этого соотношения меньше 0,003 влияние вводимой свободной соды с оборотным раствором на реакционную способность шихты, обусловленную, в частности, образованием легкоплавкой эвтектики Na2CO3 ˙CaCO3, практически оказывается незначительным, не определяющим интенсивность взаимодействий в подготовительных зонах печи спекания. При величине этого соотношения более 0,060 из-за повышенного содержания свободной соды усиливается зарастание сушильной зоны печи спекания, обуславливающее снижение производительности и продолжительности кампании, возрастают потери соды с пылеуносом и возгонами при термообработке, возрастает зарастание зоны спекания печи из-за повышения легкоплавкости шихты.
Шихту подают во вращающуюся печь спекания, где осуществляют термообработку при 1250-1320оС. Полученный спек после охлаждения подвергают выщелачиванию содощелочным раствором, алюминатный раствор отделяют от белитового шлама и направляют на последующую переработку обескремнивание, карбонизацию печными газами с выделением гидроксида алюминия и подачей содового раствора на выделение содопродуктов. Белитовый шлам подвергается многоступенчатой промывке горячей водой. Крепкая промывная вода с первой ступени промывки направляется на приготовление содощелочного раствор для выщелачивания спека. Количество промывной воды выбирается таким, чтобы обеспечить концентрацию в алюминатном растворе после выщелачивании Al2O3 (г/дм3) в пределах 150-350 величины молярного отношения Al2O3/SiO2 в спеке.
При величине этого соотношения менее 150 чрезмерно возрастает объем технологической аппаратуры и соответственно капитальные затраты, расход энергии на перекачку потоков растворов, расход пара на выпарку. При величине этого отношения больше 350 возрастают вторичные потери глинозема и щелочей при выщелачивании спека ввиду разложения двухкальциевого силиката белитового шлама в процессе взаимодействия с карбонатной и каустической щелочью концентрированных растворов
2СаО ˙ SiO2+2NaOH +H2O=
Na2SiO3+2Ca(OH)2.
2CaO ˙SiO2+ 2Na2CO3+H2O Na2SiO3+2NaOH+2CaCO3 с последующим образованием нерастворимого алюмосиликата натрия
2Na2SiO3+2NaAlO2+2O= Na2O ˙Al2O3 ˙2SiO2 ˙2H2O+4NaOH и трехкальциевого гидроалюмината
3Ca(OH)2 + 2NaAlO2 + 4H2O=
3CaO ˙Al2O3 ˙6H2O+ 2NaOH.
Кроме того, пониженный расход воды на промывку шлама приводит к ухудшению его промывки от алюминатного раствора, что ухудшает качество цемента из-за увеличенного содержания щелочей и требует увеличения ступеней промывки, обуславливающего возрастание капитальных вложений.
П р и м е р. Осуществляют переработку щелочного алюмосиликатного сырья (нефелинсодержащего) с пониженным содержанием глинозема и щелочей и повышенным содержанием кремнезема. Примерный химический состав в одном из испытанных вариантов, Al2O3 19,38; Na2O 3,38; K2O 9,76; R2O 9,84; SiO2 54,67; CaO 2,41; Fe2O3 3,61; ППП 3,1; Проч. 3,69 (в традиционно перерабатываемом нефелинсодержащем сырье Al2O3 28-29% SiО2 43-44%). Шихту готовят размолом компонентов в барабанных мельницах, спекают во вращающейся печи при 1280-1320оС.
Спек выщелачивают содощелочным раствором в стержневой мельнице, алюминатный раствор отделяют в фильтрах-сгустителях, противоточную шестисту- пенчатую промывку белитового шлама производят в системе сгустителей, крепкую промводу направляют на приготовление раствора для выщелачивания, алюминатный раствор обескремнивают в автоклавах, белый шлам направляют на приготовление шихты, обескремненный алюминатный раствор разделяют на два потока: один поток карбонизируют в 2 стадии продувкой газами от спекания, нейтрализуют бикарбонат натрия каустической щелочью и направляют на выделение содопродуктов упариванием, второй поток карбонизируют в I стадию с введением гидроксида алюминия, выделившегося при карбонизации первого потока раствора, выкручивают в мешалках с выделением товарного гидроксида алюминия, который прокаливают в печи кипящего слоя при 1100-1200оС с получением глинозема. Маточный содощелочной раствор после выкручивания в мешалках направляют на приготовление раствора для выщелачивания. Часть содового раствора подают на размол шихты. Каустическую щелочь получают обработкой части содового раствора известью, полученный кальцитовый шлам направляют на приготовление шихты.
При изменении в сырье молярного отношения Fe2O3/SiO2 изменением загрузки сырьевых мельниц регулируют тонкость помола шихты, характеризуемую содержанием фракции +80 мкм. При изменении в сырье молярного отношения SiO2/Al2O3 изменением оборота щелочей в шихту регулируют величину превышения молярного отношения R2O/Al2O3 в шихте над единицей. При изменении в спеке молярного отношения Al2O3/SiO2 за счет колебаний состава сырья или количества оборотных продуктов изменением расхода воды на промывку белитового шлама регулируют концентрацию Al2O3в алюминатном растворе.
В примере 1 процесс переработки осуществляют традиционным способом без учета дополнительных приемов предлагаемого способа.
В примерах 2-6 приведены результаты испытаний предлагаемого способа, причем в примерах 3-5 параметры процесса находятся в предлагаемых пределах. Результаты испытаний сведены в таблицу. Приведенные данные подтверждают оптимальность предлагаемых соотношений параметров.
В результате применения предлагаемого способа достигается повышение извлечения глинозема на 1-2% (абс.), щелочей на 1,3-1,8% (абс.), снижение энергозатрат на размол шихты на 10% снижение расхода пара на выпарку в технологическом цикле на 10-15% увеличение производительности на 6-7% увеличение продолжительности кампании печи в 1,5-2,0 раза, снижение расхода огнеупорной футеровки печи на 10-13%
Формула изобретения: Способ переработки алюмосиликатного сырья, включающий приготовление шихты путем его смешения с известняком и оборотными шламом и соединениями щелочных металлов, ее измельчения и корректирования до заданной величины молярных отношений в шихте CaO/SiO2 1,9 2,1 и R2O/Al2O3 ≥ 1,0, где R2O сумма Na2O и K2O в пересчете на молярную массу Na2O, спекание шихты продуктами горения топлива с получением спека, содержащего двухкальциевый силикат и алюминаты щелочных металлов, выщелачивание спека оборотным содощелочным раствором, отделение полученного алюминатного раствора от белитового шлама, его промывку водой и использование для производства цемента, подачу крепкой промывной воды на приготовление содощелочного раствора для выщелачивания спека, обескремнивание алюминатного раствора, подачу полученного белого шлама на приготовление шихты, карбонизацию обескремненного алюминатного раствора газами от спекания шихты с выделением гидроксида алюминия, выделение содопродуктов из полученного содового раствора, отличающийся тем, что измельчение шихты ведут до содержания фракции + 80 мкм а равного 50 800 единицам от величины молярного отношения Fe2O3/SiO2 в сырье, а величину превышения молярного отношения R2O/Al2O3 в шихте над единицей изменением дозировки щелочей поддерживают равным 0,003 0,060 единиц от величины молярного отношения SiO2/Al2O3 в сырье, при этом изменением расхода воды на промывку белитового шлама концентрацию оксида алюминия в алюминатном растворе при выщелачивании спека поддерживают в г/дм3 равной 150 350 единиц от величины молярного отношения Al2O3/SiO2 в спеке.