Результат интеллектуальной деятельности: СПОСОБ ПЕРЕРАБОТКИ ГЛИНОЗЕМСОДЕРЖАЩЕГО СЫРЬЯ

Изобретение относится к области цветной металлургии, в частности к технологии производства глинозема из глиноземсодержащего сырья.

Из уровня техники известно изобретение по а.с. СССР №1644452 (Способ получения гидроксида алюминия / Давыдов И.В.; Боровинский В.П.; Тесля В.Г. Заявл. ОАО "Всероссийский алюминиево-магниевый институт", МПК C01F 7/14. Опубл. 1998.09.27), которое представляет собой способ получения гидроксида алюминия. Изобретение относится к технологии производства глинозема из бокситов по способу Байера. В алюминатный раствор вводят затравочный гидроксид алюминия, подают полученную суспензию в батарею декомпозеров, выдерживают суспензию при перемешивании с последующим выводом и разделением ее на затравочный и продукционный гидроксид алюминия, подают затравочный гидроксид алюминия в виде суспензии в алюминатный раствор. Продукционный гидроксид алюминия фильтруют, разбавляют промводой и классифицируют. Мелкий гидроксид алюминия используют в виде затравки, а крупный отфильтрованный гидроксид алюминия промывают и выводят из процесса. Тем самым достигается улучшение качества продукта за счет повышения его крупности и снижения содержания примесей.

Недостатком этого аналога является невысокий процент разложения алюминатного раствора.

Фирмой PECHINEY ALUMINIUM IPC получен патент Франции FR2709302 (Process for the manufacture of alumina trihydrate with a controlled sodium content and particle size. Inv. Gilbert Bouzat; Jean-Michel Lamerant; Joel Sinquin. Appl.: Pechiney Aluminium. IPC C01F 7/14; C01F 7/00. Publ. 1995-03-03) на способ производства глинозема с контролем содержания щелочи и размера частиц. Особенностью метода является высокое содержание твердого вещества в алюминатном растворе (более 700 г/л). Затравкой при декомпозиции является гидроксид алюминия, как это принято в традиционном процессе разложения алюминатных растворов. Недостатком этого аналога, как и предыдущего, является недостаточно высокий процент разложения алюминатного раствора.

Из уровня техники известен патент РФ №2231497 (Способ декомпозиции алюминатных растворов/ Тесля В.Г., Мильруд С.М. Заявл. ОАО "Всероссийский алюминиево-магниевый институт", МПК C01F 7/14. Опубл. 2004.06.27), выданный ОАО ВАМИ на способ декомпозиции алюминатных растворов, включающий перемешивание алюминатного раствора при температуре 45-70°C в присутствии затравки гидроксида алюминия и модифицирующей добавки, отделение маточного раствора от гидроксида алюминия. Способ отличается тем, что в качестве модифицирующей добавки используют карбонат лития, вводимый в количестве от 0,10 до 0,30% на массу получаемого осадка гидроксида алюминия. Недостатком способа является удорожание процесса производства глинозема из-за необходимости применения в качестве модифицирующей добавки - соединения лития.

Из уровня техники известен способ переработки глиноземсодержащего сырья (Лайнер А.И. Производство глинозема. М.: Металлургиздат, 1961. С.571), выбранный в качестве прототипа. Способ включает выщелачивание сырья, содержащего глинозем, с получением алюминатного раствора, отделение его от красного шлама и направление алюминатного раствора на стадию кристаллизации с получением маточного раствора и осадка, содержащего гидроксид алюминия, и его направление на кальцинацию с получением глинозема.

По прототипу стадия кристаллизации осуществляется путем декомпозиции(выкручивания) в присутствии затравки. Операция декомпозиции(выкручивания) осуществляется непрерывным перемешиванием при температуре 40-62°C (указанный источник Лайнера А.И., с.267) алюминатного раствора с затравкой свежеосажденной гидроокиси алюминия в течение 60…100 ч (указанный источник Лайнера А.И., с.255).

Недостатком способа по прототипу является невысокий процент разложения алюминатного раствора, большое время, необходимое для выполнения операции декомпозиции. Применение затравки для осуществления процесса вынуждает иметь в постоянном обороте значительное количество гидроксида алюминия (до 70%), не создающего товарный продукт.

Технической задачей предполагаемого изобретения является повышение процента разложения алюминатного раствора, снижение времени, необходимого для декомпозиции, и исключения затравки гидроксида алюминия из технологического процесса.

Поставленная задача решается тем, что в предлагаемом способе осуществляют выщелачивание сырья, содержащего глинозем, с получением алюминатного раствора, отделение его от красного шлама и направление алюминатного раствора на стадию кристаллизации с получением маточного раствора и осадка, содержащего гидроксид алюминия, и его направление на кальцинацию с получением глинозема.

В отличие от прототипа стадию кристаллизации осуществляют путем добавки в алюминатный раствор хлорида алюминия в кристаллическом состоянии в количестве 3,8-10,2% от содержания оксида алюминия в алюминатном растворе.

Как показали эксперименты, выполненные авторами настоящего изобретения, добавка в алюминатный раствор хлорида алюминия в кристаллическом состоянии при температуре 25°C-39°C позволяет резко интенсифицировать процесс выделения из раствора гидроксида алюминия за счет увеличения скорости образования реакции полимеризации катионов алюминия с выделением в раствор полимера, приводящего к массовой кристаллизации гидроксида алюминия из алюминатного раствора. Это позволяет повысить процент разложения алюминатного раствора и снизить время кристаллизации до 18-24 ч.

В опытах выявлено, что при содержании хлорида алюминия в количестве менее 3,8% от содержания Аl₂О₃ в алюминатном растворе достигается слишком малый процент разложения алюминатного раствора, причем он меньше, чем в любом из методов, применяемых в производстве глинозема. При содержании хлорида алюминия в количестве более 10,2% от содержания Аl₂О₃ в алюминатном растворе процент разложения алюминатного раствора не увеличивается. Поэтому рациональным диапазоном применения хлорида алюминия является его количество 3,8-10,2% от содержания Аl₂О₃ в алюминатном растворе.

Выполненные опыты показали, что указанная добавка оказывает эффективное влияние при температуре кристаллизации 25°C-39°C. При меньших температурах снижается процент разложения алюминатного раствора за счет увеличения вязкости раствора и снижения диффузионной активности алюминатных ионов. При больших температурах (как это рекомендовано в прототипе) процент разложения также уменьшается за счет растворения полученного осадка.

Пример 1 (по прототипу).

По прототипу стадия кристаллизации осуществляется путем декомпозиции (выкручивания) в присутствии затравки. Операция декомпозиции(выкручивания) осуществляется непрерывным перемешиванием при температуре 40-62°C алюминатного раствора с затравкой свежеосажденной гидроокиси алюминия в течение 60…100 ч. В результате из алюминатного раствора выделяется около 50-52% оксида алюминия.

Примеры 2-6. В лабораторных условиях производили выщелачивание сырья, содержащего глинозем, с получением алюминатного раствора, отделение его от красного шлама и направление алюминатного раствора на стадию кристаллизации с получением маточного раствора и осадка, содержащего гидроксид алюминия, и его направление на кальцинацию с получением глинозема.

Стадию кристаллизации осуществляли при температуре 30°C путем добавки в алюминатный раствор хлорида алюминия в кристаллическом состоянии в количестве 3,8-10,2% от содержания оксида алюминия в алюминатном растворе.

В алюминатный раствор, содержащий 135,8 г/дм³ Na₂O_к, 133,6 г/дм³ Аl₂O₃ (каустический модуль исходного раствора α_к=1,67) добавляли соль хлорида алюминия и выдерживали 24 ч в кристаллизаторе без перемешивания при температуре кристаллизации 30°С. После выдержки пульпы осадок отделяли от жидкой фазы (маточного раствора), которую анализировали на содержание в ней Na₂O_к и Аl₂О₃, рассчитывали каустический модуль полученного маточного раствора и по известной формуле рассчитывали процент разложения алюминатного раствора. Полученные данные представлены в таблице.

В таблице строка 1 описывает условия осуществления процесса по прототипу. При использовании приемов по прототипу достигнут процент разложения 50,0%. При применении хлорида алюминия менее 3,8% процент разложения раствора достигает 44,0% из-за отсутствия достаточного количества центров кристаллизации и этот процент оказался ниже, чем по прототипу.

При применении хлорида алюминия в пределах 3,8-10,2% процент разложения составляет 57,0-67,7%, что выше, чем по прототипу. При увеличении добавки хлорида алюминия выше 10,2% процент разложения не увеличивается, поэтому рациональный диапазон его добавки составляет 3,8-10,2%. При этом полученные значения процента разложения оказываются выше, чем по прототипу. Сравнение временных интервалов проведения процесса по прототипу и по предлагаемому способу показывает, что в последнем случае больший процент разложения достигается за меньшее время.

В опытах выявлено, что указанная добавка оказывает эффективное влияние при температуре кристаллизации 25°C-39°C. При меньших и больших температурах (как это было рекомендовано в прототипе) процент разложения также уменьшается за счет растворения полученного осадка.

Технический результат заключается в повышении процента разложения алюминатного раствора в способе Байера, сокращении времени проведения операции декомпозиции и исключении затравки гидроксида алюминия из технологического процесса.