Статус документа

ИТС 11-2016 Производство алюминия

2.1 Производство глинозема

Способы производства глинозема из различных видов сырья (минералов), содержащего алюминий, основаны на получении алюминатных растворов и их свойстве самопроизвольно разлагаться при снижении температуры и концентрации на гидроксид алюминия и щелочь. Прокаливая гидроксид алюминия при температуре 1000°С-1200°С, получают глинозем.

Наиболее широкое применение в промышленности нашел разработанный К.Байером щелочной гидрохимический способ, с помощью которого, как правило, перерабатывают лишь высокосортные бокситы с малым содержанием кремнезема - бокситы с кремниевым модулем (соотношение и по массе) выше 6. После подготовки сырья (дробление и размол боксита) осуществляют его обработку щелочно-алюминатным раствором - процесс выщелачивания, в результате которого из боксита извлекается оксид алюминия, переходящий в раствор с концентрацией 250-300 г/л. При этом в осадок выпадают нерастворимые соединения, содержащиеся в боксите, - так называемый красный шлам. Последующие процессы производства связаны с отделением и очисткой алюминатного раствора от красного шлама и промывкой последнего для более полного извлечения алюминатного раствора.

Бокситы с кремниевым модулем ниже 6 и другие виды высококремнистого сырья, пригодного для производства глинозема (нефелины, алуниты, каолины), перерабатывают или по способу спекания, или комбинированному способу - сочетание способа Байера со способом спекания.

Способ спекания основан на термической обработке смеси алюмосиликатной руды с известняком с целью перевода практически всего оксида алюминия из сырья в растворимую форму в спеке (алюминат натрия) и связывании диоксида кремния сырья в нерастворимую форму (двукальциевый силикат).

Способ Байера - самый экономичный, но его применение ограничивается качеством и количеством боксита; способ спекания является наиболее затратным, но более универсальным и пригоден для любого вида сырья.

На действующих российских предприятиях, выпускающих глинозем, применяются все из перечисленных технологий. На Ачинском глиноземном комбинате и Пикалевском глиноземном заводе ("Базэл Цемент Пикалево") перерабатывается нефелиновое сырье. Технология производства глинозема, основанная на спекании нефелина с известняком (рисунок 2.1, таблица 2.1), предусматривает комплексную переработку сырья - на глинозем, соду и цемент.

Рисунок 2.1 - Схема производства глинозема способом спекания нефелинов

Рисунок 2.2 - Схема производства глинозема способом Байер-спекания

Шлам, получаемый при выщелачивании спека (нефелиновый шлам), используют для получения цементного клинкера.

Богословский и Уральский алюминиевые заводы перерабатывают отечественные байеровские и спекательные бокситы. Производство глинозема осуществляется по комбинированному способу - параллельная схема Байер-спекания (рисунок 2.2). По способу Байера получают около 80%-90% глинозема, остальное - по технологии спекания. Ветвь спекания состоит из отделений приготовления шихты (дополнительного к ветви Байера), спекания, размола, выщелачивания спека и отделения алюминатного раствора от осадка шлама. Получаемый в этой ветви алюминатный раствор объединяется с алюминатным раствором из ветви Байера, а усредненный раствор поступает на последующую переработку, включая стадию прокалки гидроксида алюминия в печах кальцинации (таблица 2.2).

Таблица 2.1 - Основные этапы производства глинозема способом спекания нефелинов


Входной поток	Этап процесса (подпроцесс)	Выходной поток	Основное технологическое оборудование	Эмиссии
Нефелин, известняк, вода	Приготовление шихты	Влажная шихта (пульпа)	Дробилки, мельницы	Пыль
Пульпа	Спекание	Спек	Вращающиеся печи	Пыль, , , СО
Спек	Переработка спека	Алюминатный раствор, шлам	Дробилки, мельницы	Пыль, щелочь, шлам
Алюминатный раствор	Переработка алюминатных растворов	Гидроксид алюминия, содовые растворы	Карбонизаторы, декомпозеры, сгустители, автоклавы, фильтры	Щелочь, , , СО
Гидроксид алюминия	Кальцинация	Глинозем	Печи	Пыль, , , СО

Таблица 2.2 - Основные этапы производства глинозема способом Байер-спекания


Входной поток	Этап процесса (подпроцесс)	Выходной поток	Основное технологическое оборудование	Эмиссии
Боксит, известняк, вода, сода	Подготовка шихты к выщелачиванию и спеканию	Влажная шихта (пульпа)	Дробилки, шаровые мельницы	Пыль
Пульпа	Выщелачивание	Алюминатный раствор, шлам	Автоклавные батареи	Щелочь
Шлам	Сгущение и промывка шлама ветвей Байера и спекания (раздельно)	Шлам в отвал	Сгустители, фильтры	Щелочь, шлам
Пульпа	Спекание	Спек	Вращающиеся печи	Пыль, , , СО
Спек	Переработка спека	Алюминатный раствор, шлам (красный)	Дробилки, мельницы	Пыль, щелочь
Алюминатный раствор	Переработка алюминатных растворов (раздельно для каждой ветви)	Очищенный алюминатный раствор (оборотный), гидроксид алюминия	Декомпозеры, сгустители	Щелочь
Гидроксид алюминия	Кальцинация	Глинозем	Печи	Пыль, , , СО

Назначение, описание, технологические характеристики основного и природоохранного оборудования, используемого в процессе производства глинозема, приведены в таблицах 2.3 и 2.4.

Таблица 2.3 - Основное оборудование


Наименование оборудования	Назначение оборудования	Описание
Способ Байер-спекание
Дробилки	Дробление и измельчение сырьевых материалов	Молотковые, щековые, конусные дробилки
Шаровые мельницы	Помол сырьевых материалов и усреднение, приготовление шихты (пульпы) на выщелачивание и на спекание	Вращающиеся мельницы с цилиндрическими стальными обечайками, загруженные мелющими телами (шары)
Автоклавные батареи	Выщелачивание бокситовой пульпы	Герметически закрытые сосуды, работающие под давлением
Сгустители красного шлама	Разделение жидкой и твердой фаз пульпы, уплотнение шлама	Одноярусные и многоярусные сгустители
Декомпозеры	Разложение алюминатного раствора с выделением из раствора в твердую фазу гидроксида алюминия	Цилиндрические сосуды различных размеров
Печи спекания	Спекание боксито-известняковой шихты	Вращающиеся трубчатые печи
Насосы	Перекачка технологических сред	Центробежные, мембранно-поршневые насосы различных типов
Выпарные батареи	Упаривание технологических растворов	Герметически закрытые сосуды работающие под давлением и вакуумом
Печи кальцинации	Прокалка гидроксида алюминия для получения глинозема	Вращающиеся трубчатые печи, циклонно-вихревые печи
Способ спекания нефелинов
Дробилки	Дробление и измельчение сырьевых материалов	Молотковые, конусные дробилки
Мельницы размола	Помол сырьевых материалов и усреднение, приготовление шихты (пульпы) на спекание	Вращающиеся мельницы с цилиндрическими стальными обечайками, загруженные мелющими телами (шары, цильпебсы)
Печи спекания	Спекание шихты	Вращающиеся трубчатые печи
Насосы	Перекачка технологических сред	Центробежные насосы различных типов
Трубчатые выщелачиватели	Выщелачивание спека	Аппараты непрерывного действия, работающие по принципу противотока
Стержневые мельницы	Выщелачивание и доизмельчение спека	Технологические аппараты с цилиндрическими стальными обечайками, загруженные мелющими телами (стержни)
Автоклавы	Обескремнивание алюминатного раствора	Сварные сосуды со сферическим днищем и крышкой
Однокамерные сгустители	Сгущение твердой фазы	Стальные цилиндроконические резервуары
Декомпозеры	Разложение алюминатного раствора с выделением из раствора в твердую фазу гидроксида алюминия	Цилиндрические сосуды с коническим днищем
Карбонизаторы	Разложение алюминатного раствора с выделением из раствора в твердую фазу гидроксида алюминия	Сосуды цилиндрической формы с конусным днищем сварной конструкции
Печи кальцинации	Прокалка гидроксида алюминия для получения глинозема	Вращающиеся трубчатые печи