Содержание к диссертации
Стр.
Введение 4
Аналитический обзор и постановка задачи исследований 9
Требования предъявляемые к «песочному» глинозему 9
Теоретические основы и технология разложения
алюминатных растворов 12
Теория и технология глинозема высших марок 28 крупнозернистой структуры
Постановка задачи исследований 29
Влияние состава затравки на гранулометрию гидроксида алюминия, осаждающего в процессе разложения
алюминатных растворов 31
Исследование процесса карбонизации с использованием затравки гидроксида алюминия различного дисперсного
состава 31
Кристаллооптические исследования образцов гидроокиси алюминия, полученных карбонизацией алюминатных растворов с использованием затравок различного
дисперсного состава 39
Затравка - гидроксид алюминия, содержащий, в основном,
частицы размером +80 мкм 39
Затравка - гидроксид алюминия, содержащий, в основном,
фракции -40 мкм 41
Затравка -гидроксид алюминия, содержащий, в основном,
частицы размером +40 мкм 43
Наработка «затравки» для постановки опытов по моделированию разложения алюминатных растворов в
содо-щелочной ветви 46
Цикловые опыты по получению крупнозернистого
гидроксида алюминия 48
Кристаллооптические исследования проб гидроксида алюминия, полученных в процессе проведения цикловых
опытов 62
Исследование влияния кальцийсодержащих соединений на крупность и прочность получаемого гидроксида алюминия.. 73
Взаимодействие в системе "ГКАК — затравка —
алюминатный раствор" 74
Исследование влияния добавки модификатора на
гранулометрический состав и прочность агрегатов
гидроксида алюминия, получаемых в процессе
карбонизации алюминатных растворов 77
4»
Предварительные замечания 77
Экспериментальные исследования влияния дозировки СаСОз в процесс карбонизации на гранулометрический состав и прочность агрегатов гидроксида алюминия 80
4. Исследования по обоснованию новых эффективных
аппаратурно-технологических схем карбонизации 100
Дробление газовых пузырей в газожидкостных реакторах с мешалками 100
Исследование эффективности работы карбонизаторов на модельных установках 103
4.2.1. Методика проведения эксперимента .-. 104
Новая конструкция карбонизатора 114
Расчет транспортной системы технологической батареи процесса карбонизации 119
Классификация гидроксида алюминия 126
4.5.1. Аппаратура, применяемая для классификации суспензии
гидроксида алюминия 127
4.6. Технологический расчет классификатора 133
Схема подготовки и распределение затравки по батареям содовой и содо-щелочной ветвей 140
Выводы 144
Литература 146
Приложения 153
Введение к работе
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 сырье -нефелины и алуниты, а также высококремнистые бокситы с кремневым модулем 3 ед. (мас. отн. АІгОз/Біг); 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
6 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:
Усовершенствование способа получения крупнозернистого глинозема из нефелинов основано на осуществлении карбонизации алюминатных растворов при пониженной температуре 60-65С в присутствии крупнокристаллической затравки А1(ОН)з (>40 мкм), предварительно обработанной при повышенной температуре (85-90С), что обеспечивает структурные изменения гиббситового осадка, повышение прочности индивидов кристаллов и снижение содержания мелких фракций.
Введение в процесс карбонизации неорганического кальцийсодержащего модификатора в количестве 0,05-0,1% от содержания А1203 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.; 150м Международном симпозиуме «ICSOBA-2004» (Международный комитет по изучению бокситов, глинозема и алюминия) - инь 2004 г., Санкт-Петербург, Россия; Международной научно-технической конференции молодых ученых и специалистов алюминиевой, магниевой и электродной промышленности -ноябрь 2003г., 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 7-fl0%. В результате содержание фракций -45 мкм. в
глиноземе снижено практически в два раза и составляет ~20-^23%. При этом
показатель УЕО уменьшился до 34-^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
s аппараты по данным лабораторных исследований. На основании указанных исследований создана и внедрена конструкция нового карбонизатора; обеспечивающая высокую степень поглощения СОг 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.
