автореферат диссертации по металлургии, 05.16.03, диссертация на тему:Технология двухстадийной декомпозиции при получении глинозема из трудно вскрываемых бокситов

УРАЛЬСКИЙ ГОСУДАРСТЕШШ ТЕХНШЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ - УШ

РГ8 ОД

На правах рукописи

ЕГЁМЬЕБ Дмитрий Николаевич

ТЕХНОЛОГИЯ ДВУСГАДИШОЙ декомпозиции ПРИ ПОЛУЧЕНИИ ШНСОЕУА |13 ТРУДНО ВСКРЫВАЕМЫХ БОКСИТОВ

Специальность 05.16.03 - Металлургия цветных

и редких металлов

Автореферат диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

Екатеринбург 1994

Работа выполнена в Казахской политехнической институте и Уральской государственном технической университете- УПИ

Научный руководитель: доктор технических наук, профессор РОМАНОВ ЛБВ ГЕ0Р1ИШ1Ч

Официальные оппоненты: доктор технических наук, профессор

КОЖЕВНИКОВ ГЕОРПМ НИКОЛАЕВИЧ:

кандидат технических наук ТЕСДЯ ВЛАДИМИР ЗТИГОРЬЕВИЧ

Ведущее предприятие: АО "Уральский алшивиевый завод"

Защита состоится 21 февраля 1994 г. в 15 ч 00 мин в аудитории II(римская ) на заседании специализированного . совета Д 063.14.ОЗприУральском государственном техническом университете - УПИ.

Адрес: €20002, г. Екатеринбург, К-2, ШУ - У22. Отзыв на автореферат - заверенной подписью просим на -правлять по вышеуказанное? адресу.

С диссертацией мозно ознакомиться в библиотеке УГТУ-УПИ.

Автореферат разослан "_"_15Э4г.

_ Ученый секретарь специализированного совета канд. техн. наук, доцевт

- 3 -

СЕ1ДАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность темы. В настоящее время объем производства алюминия является наибольшим среди цветных металлов и будущее требует постоянного распирения производственных мощностей, поскольку алюминий обладает исключительными свойствами.

Б основном оксид алюминия получают из бокситов по способу Байера, наиболее важной стадией которого является декомпозиция, так как от физико-химических свойств полученного гидрокседа алюминия непосредственно зависит качество глинозема, а производительность этой стадии определяет экономику всего глиноземного производства.

Отечественная сырьевая база имеет ограниченные запасы высококачественные бокситов, пригодных для переработки по способу Байера, и,кроме того,по своему типу они относятся к наиболее трудно вскрываемым диаспор-бемиговым бокситам. В этой связи интенсификация производства глинозема и,в частности,усовершенствование технологии декомпозиции с целью повышения производительности и стабилизации крупности ввделяемого гидрокси-да алюминия является актуальной задачей.

Целью тнбогы язляегся разработка на основе изучения процессов, происходящих при кристаллизации гидроксида алюминия из щелочно-алюминатнкх растворов повышенных концентраций, технологии двустадийной декомпозиции, позволяющей повысить выход твердой фазы и улучшить качество ввделяемого гидроксида алюминия. '

В соответствии с поставленной целью были определены задачи:

- исследовать кристаллизацию гидроксида алюминия в условиях агломерации, линейного роста и заредашеобразования;

- изучить физико-химические свойства водных растворов, содержащих ион натрия; и целочно-алюминагных растворов повышенных концентраций:;

- исследовать влияние растворимых примесей на кристаллизацию гидроксида алюминия;

- разработать технологию двустадийной декомпозиции при получении глинозема из трудно вскрываемых бокситов.

.Методика исследований. В исследованиях испсльзозаны различные флзико-химлческие метода анализа (гранулометрический, красталлсоптический, электрснно-микроскопичоскиГ:, хи-шческий). Обработку полученных результат оз провод или на ШШ с использованием методов математической статистики к математического моделированил.

Научная новизна тботн. Исследозаны процессы агломерации, линейного роста и зародьшеоброзозания, происходящие пр! кп!с-талдизации гидроксида алпмкнпя из "делочно-алшк-итншс растворов повшенных концентраций <140-160 кг/м3 //^О^ а с повышенны»! каустическим модулем (1,65-1,80). Доказана всзможость агломерации мелкодисперсного и цехового гидроксидов алюминия в указанных растворах. Определены оптимальные параметры агломерации.

Предложен метод расчета кинетического параметра массовой кристаллизации - константы скорости линейного роста гидрокси-да'адшиния. Определена энергия активации линейного роста гид-роксида алюминия при кристаллизации из щелочно-алзминатного раствора Богословского алюминиевого завода (БАЗ) и из синтетического щелочно-алшинагного раствора., не содержащего примеси, величина которой составляет соответственно 73,1 и 52,6 кДх/исаь.

Впервые рассчитаны энергии активации вязкого течения воды и водных растворов лкОН, Уа^СОд, ЛЦ^О^ и А/аС1 и раскрыто влияние натриевых соединений на упорядочивание структуры воды на основании сравнения их энергий активации вязкого течения. Измерены плотность и вязкость целочно-алюминатных растворов БАЗ при температурах 20-100°С в диапазоне концентраций 80-155 кг/м3 А/а£0к, а также рассчитаны энергии активации вязкого течения и диффузии дяя этих растворов. Установлено, что в ниэкомодульных щелочно-алшинагных растворах структуру вода мсино считать, упорядоченной.

Исследовано влияние значительного для производства глинозема способом Байера количества примесей Л/а^СОд, Л^ЗО^ и Л^аС1 (0,5 моль/дм3) на кристаллизацию гидроксцда алюминия в условиях преимущественного линейного роста. Показано, что наличие растворимых примесей повышает энергию активации роста

кристаллов, снижает выход А^Оз при декомпозиции, в их присутствии получается более мелкий гкдроксид алюминия. Установлено, что закономерности влияния примесей на крюталлизацига гидроксзда алюг.ашия и упорядочивание структуры воды аналогичны.

Впервые доказано путем сравнения рассчитанных для щелочно -алюминатш^с растворов БАЗ значений энергий активации вязкого течения (20,3-25,5 кДт./моль), диффузии (¿3,0-29,1 кДт./коль) и роста кристаллов (73,1 кДт./коль), что кристаллизация гидро-ксида алкмикия протекает в кинетической области.

Практическая ценность. На основании результатов исследований разработана технология дзустадиСной декомпозиции целоч-но-аш.кнатньк растзоров, пслучаеках ар! производстве глинозема из диас::ср*-бе:.:итовых бокситов. Предложенная технология весьма проста и не требует для внедрения капитальна затрат. Дчя реализации этой технологии необходимо только изменить схему подачи затравочной пульпы в батарею декомпозероз.

Разработанная технология вкедргн» на БАЗ с экономическим эффекте:.: 4,4 мгя. руб. за четыре месяца.

Алзсбагкя -работы. Материалы работы дслскекы и сбсуздены

на научнс-техкическои.сеглкаарз "На^*чногтелн'ическиЯ.прогресс__

¿з Производстве легких ¿¡оталлсз и IX сплавов" (г. Свердловск, 1989}.',

Публикации. Основное содержание работы опубликовано в 7 ' . статьях, получено I азторское свидетельство СССР на изобретение, ксторсз переоформлено в патент Российской Федерации.

■О^ъеи работы. Диссертационная работа состоит из введения, четырех глав, основных выводов, списка использованных источников (130 наименований работ отечественных и зарубежных авторов) и приложений, содержит 187 страниц машинописного текста, 28 рн-сунков, 44 таблицы.

ОСНОШОЕ СОДЕВДЯИЕ РАБОТЫ

В первой главе выполнен анализ научных направлений исследования процесса кристаллизации гидроксида алюминия и современного состояния реализации различных технологических

схем декомпозиции в промышленности в капей стране к за рубежом.

Как следует из анализа литературных данкых, при кристаллизации гидроксида алюминия из щелочно-алюмикатккх растзоров происходят следующие процессы: зародызеобразование, агломерация, линейный рост кристаллически зерен и их разрушение, -каждое из которых доминирует в определенных условиях, .Механизм процессов, протекающих при кристаллизации гкдрскийа алюминия из растворов повышенных концентраций (140-150 нгДг3 ^ с повыаеннкм каустическим модулем (1,65-1,00), в литературе не рассматривается.

Показано, что отсутствуют убедительные -доказательства, протекания процесса кристаллизации гидроксида алюкикил в кинетической области. Однозначно определить лимитирую:^ стадию возмогло липь через сравнение энергий активации роста, диффузии и вязкого течения.

Разложение целочно-алюлмнатных растворов при производстве гликозела по способу Байера осуществляют по различные технологическим схемам. Наибольшее распространение у зарубежных производи та* с Г: глинозема подучила технология, сснс— ванная на ведении процесса декомпозиции в две стадии с использованием механизмов агломерации затравочных герен к исследующего лилейного роста. Такая технология отличается сравнительно небсльзим количеством затравки (до 200 кг/к3} и повышенной начальной температурой (ваге 65°С) и х^ймеии-ма для целочно-алхл'чкаткьзе растворов с пени&еквд: каустическим модулем (1,50-1,55) и концентрацией раствора до 150 кг/У Уа20й.

Согласно принятой на отечественных глинсземзпос завс^х схеме декомпозицию веду? в одну стадию при низкой температуре (не вше 65°С) к в присутствии бальзего количества. ззтрав ки (400-600 кг/и3), К недостаткам данного способа относят невысокий выход А^О^ при декомпозиции (55-70 кг/к3), а также значительный оборот затравочного гидроксида, превкпзкзй количество продукционного в 5-6 раз.

. На основании сравнения литературных и собственных данных показано, чго эффективность работы участка дехшпезвдш: глиноземного цеха следует оценивать еяедуювяма подазатеяпя;

вкход АГ^О^ при декомпозиции - натуральный показатель процесса кристаллизации гидроксяда алюминия, определяющий расходные коэффициенты глиноземного производства, а следовательно, себестоимость продукции, л степень извлечения Al^Og при декомпозиция - показатель, определяющий эффективность процесса декомпозиция при данном выходе AI^Qg, взамен используемых в настоящее время показателей эффективности - степени разложе-иал раствора и среднего съема AI^O-j.

Предложенные показатели эффективности процесса декомпозиции рассчитывают по формулам:

Рм. = Ао - A-r-N. / Nt ; (I)

Е a ÍOO- Рас / САо - Ае>. (2)

где Pal - выход AlgO^ при декомпозиции, кг/м3;

Ао у И» - концентрация исходного раствора по ALyOg и соответственно, кг/м3;

А«г ц К'с - текучая концентрация раствор! по AI.,0g и Л^0К соответственно, кг/м3; £ - степень извлечения AI^O^, % ;

А« - равновесная концентрация раствора, по AI^O^, кг/"3-

Таким образом, на основании проведенного анализа литературно источникоз была сформулирована основная задача работы, заключающаяся в изучении процессов, происходящих при кристаллизации гидрохсида алюминия из щелочно-алгшинагкых растзоров, получаемых при производстве глинсэема из трудно зскрызаемых диаспор-беиятовых бокситоз, и разр!ботке на этой оснозе технологии дзустадайной декомпозиции с целью повышения выхода твердой фазы и улучшения свойств выделяемого гидроксида алюминия.

¿готя глава посвящена рассмотрения теоретических осное процесса кристаллизации гидрохсвда алюминия из ¡целочно-алю-минатных растворов с псвь^енной концентрацией каустической щелсчн и повышенным" каустическим модулем.

Б дгкисГ. главе приведены описание методики прозедения экспериментов и результаты исследования кристаллизации гид-рсксида алюминия в условиях агломерлции, приемущестзенного

линейного роста и зародыгеобразозакия.

Установлено, что мелкодисперсный гадроксид алю;.к!кия способен агломерироваться при температуре не вьие ,65°С, причем степень его агломерации асзе&егся с увеличением массы загранки. Крисгаллооптические а электронно-микроскопические наблюдения осадков показали, что срастание отдельных зерен при агломерации приводит к развитию пространственной (з обцем случае беспорядочной) структуры. Мозаичная структура полученных агрегатов свидетельствует об агломерационном механизме роста.

При изучении агломерации цехового гидрохсида алюминия затравку вводили э целочно-алг^зшаткый раствор з количествах 40, 80, 120, 160 кг/м3. Несмотря на го, что исходная затравка была представлена относительно крупны-! для БАЗ гидроксидом алюминия (количество зерен размером менее 10 мкм в исходной затравке А/ = 10 • 1С^шт./кг), процесс кристаллизации протекал по механизму агломерации затравочных зерен. При этом степень агломерации резко снижается с увеличением исходного количества затравки и с понижением температуры (табл. I). При

Таблица I

Результаты агломерации цехозого гидрокекда алюминия (посдолЕИтельность 6 часоз)

Темпе-рагу^, °с ¿!асса затге.зки, кг/м3 Ьихсд А:2О3. кг/м Степень аглом :ерацик по фракции,%

-30 мкм -20 мкм

65 40 15,9 36,6 83,3

80 18,8 О'* о 0-1,2

120 25,5 24,9 ах,:

160 25,6. 16,4 52,5 '

61 40 4,9 28,8 „

60 5,9 25,2 -

120 6,1 20,4 -

. 160 6,6 1,8 -

температуре 61°С и массе затравочного материала 160 кг/м3 агломерация практически не наблюдается. Обыщет на себя внимание тог факт, что при агломерации гидрокскда алюминия с по-вьаением температуры зыход А^Од при декомпозиции увеличивается весьма значительно. При постоянной температуре с повы-пением массы затравочных кристаллов возрастает выход АГ^Од, однако снижается степень агломерации.

Таким образом, нами доказана принципиальная возможность агломерации х-идроксида алюминия при кристаллизации из щелоч-но-алюминатных растворов с повышенной концентрацией (140-155 кг/м3) и с повышенным каустическим модулем (1,65 - 1,75). В этих условиях наиболее оптимальными параметрами процесса являются температура 63-65°С и масса затравочных зерен 80-120 кг/м3.

Основной этап всякой кристаллизации - приемущественный линейный рост образовавшихся или введенных кристаллов. Важной характеристикой кристаллизации является величина константы Кс скорости линейного роста. Скорость кристаллизации в условиях ' преимущественного линейного роста определяется выражением

-<* СМ<с- р-$-\* р-$'На-1С - Се)2 = К?-{С-Сс)г. (3)

где йС/А«г - скорость кристаллизации, кг/Ог'-ч); р - плотность кристаллов, кг/м3; $ - площадь поверхности кристаллов, м^/м3; X - скорость линейного роста, м/ч; 2

Хс - константа скорости линейного роста, "(м3/кг)-(м/ч);

С - текучая концентрация А1(Ш)3 в растворе, кг/и3;_

Се - равновесная концентрация А1(СН)3 в растворе,кг/м3;

Кр - константа скорости осаждения, ы3/(к?.ч). При допущении шарообразности форма затравочных кристаллов ~ площадь их поверхности, приходящаяся на I м3 пересьгценного раствора, равна

$ *5>д • » 6-Н» / (/>•<*м), (4)

где $уа - удельная площадь поверхности кристаллоз, м /кг;

- 10 -

Mo- масса кр1Сталлов, кг/м3; d„-средний диаметр кристаллов, м. Тогда величина константы скорости осалденкя будет определяться выражением

KP-(6-Ke/d„).M. . (5)

которое предстаалкет собой уравнение прелой вида ~ - k- X ( где k численно равно тангенсу угла наклона прямой (pic. I).

Таким образа.:, зная зависимость Кр от Mo , moeho ¡ис-счигать величину константы скорости линейного роста

Kg = (ûKp/дИе). (d„/е) . (6)

Величину Кр рассчитывает по изменении концентрации кристал- _ лизуемого вещества s растворе

Кр = Е [(Со - С0К1 / СССо - СсГ £{С1 - Се)] , (7)

где С0 и С^- вачальь-я и' текущая концентраций вещества в растворе соответственно, кг/м".

Д.чя расчета равновесной концентрации С-е мсти о воспользоваться известного эмпирической зависимостью

Се = 1,55-н-с>:р{6,2108 - 245£,?/Т +1,0275-^?; , (3)

где М - концентрация раствора по л'а^Ск, кгД:3; Т - абсолютная темг.ературА, К.

В. глиноземной промышленности кекцентрхцию алкмпния в ще-лочно-ллю;лшаткьх растворах пршято вырггдть по А^О-}. Прг этом уравнение (3) пр;мет вид

-с{А/с1т=Ко-(А-Ае)2 , (9)

где Л - концентрация раствора, выраженная по А1203, кг/м3. В этом случае при расчете равновесной концентрации по (а) необходимо опустить коэффициент 1,53. Величину константы К0 можно рассчитать по (7). Значение константы Кр скорости оса;,;-

гидроксида алюминия от массы загрузочных зерен

Р.-1С. 2. Зависимость константы Кр скорости осаждения от л.1ссы Л0 31Тр1вки при различных температурах кри-ст •■ллизацаи. Гемперагура, °С: I - 61; 2 - 56;.3 - 51

дения гидроксида алюминия будет равно: Кр « KQ / 1,53.

Если .кристаллизацию проводят в политерлическоы режиме, то рассчитанные константы называет наблюдаемыми константами.

Массовую кристаллизацию гидроксида алюминия из щелочно-алюминагных растворов БАЗ с концентрацией 145-150 кг/м3 //а-С в условиях роста проводили в изотермическом режиме при температурах 61, 56 и 5I°C. iio кинетическим дшньм построены прямые Кр = F (MQ) (pic. 2), по тангенсу угла наклона котoj рассчитаны значения константы скорости линейного роста гидрокседа алюминия (табл. 2). Средний диаметр затр!ЬОчных зерен

Таблица 2

Значения констант скорости осаждения и линейного роста гидроксида алюминия в зависимости от условий кристаллизации

Условия опытов Константы скорости Ск.орост»

т, °с М0' кг/к3 K0-IOV мэ/(кг-ч) 3v104- ы3Дкг.ч) (м3/кг)< (м/ч) роста Л шах \ мкм/ч

61 100 5,'Л5 3,665

200 10,447 6,828 3,08 0,377

300 13,492 a, 8id

56 100 3,633 2,375

200 ■6,741 4,406 2,05 С, 279

300 • 9, 354 6,120

51 100 2,313 1,512

200 3,955 2,585 Л С,20С

200 5,952 3,890

400 8,179 5,346

в экк эксперимента." составил 56 мкм.

На ochosokîk уравнения Аррениуеа определена энергия акт* вации линейного роста гкдрсксзд1 альмяния, .величина которой составила Eg = 78t:I кГ^А-сль,.

¡юказаиа, что с ростом температуры и массы затравки эффективность кристаллизации возрастает, что хорапо объясняется термодинамической теорие;'- роста кристаллов. Согласно теории, чем выае темяер1тур1 кристаллизации, тем выше вероятность образования двумерных зародааей, разрастающихся в новый кристаллически* ело:-., и меньше их критический рюкер, а такие больше скорость рост* кристаллов. С увеличением массы затра-ьочных кристаллоь т. их поверхности будет образовываться большее количество двумерных зародшеп, что приведет к больаему снятых пересыщения.

еисокая температура кристаллизации благоприятна не только для кинетики процесса, но и способствует улучшению качества позучдедего гидроксида. Показано, что с яовшением темпера- . туры декомпозиции содержание неотмывной целочи в гидроксиде алюминия уменьшается, а си/ гидроксед получается более проч-нш (мьньше разругается при кальцинации) даже без модификаторов роста.

креддожено массовую кристаллизацию гндроксида алюминия ■аэ щелочно-алюмииатнкх р1СТворов с каустическим модулем более 1,7 и коицентршией 140-1Ь0 кг/м3 ^^к 3 УСЛ03ИЯ): прекму-щестьенного линейного роста вести пр{ начальной температуре °С, которую необходимо снизить на 5-7°С через 8-12 часов.

Лсследовзл процесс вторичного зародыгеобразования гидрок-сида одокдеся в промышленных условиях. 3 течение 40" дней вели обследование батарей декокпезеров К II, 12 ветви Байера глиноземного цеха 3*3. В данный период произошло заредыге-образоьание, о чем свидетельствует скачкообразное повышение количества зерен размером менее 10 кям с 11,5• до 96,6-10^ шт./кг (рис. 3). Проведенные кристаллооптические и электронно—.лихроскоякческие исследования полученных осадков показали, что вторичное зароддаеобразован/.е гндрокевда алюминия пройсходит по механизму поверхностно? нуклеацки. Зародыши гидрокепда образуются на поверхности "родительских" кристаллов, а затем происходит освобождение поверхности к появление зародышей в объеме раствора (рлс. 4). Дпг объяснения прсисхо-дяцих измельчений п{дрокскда- аяшинкя необходимо расаатр!-дать з сов02згпноета все миязкие на крист-алдиз здю> факторе (температура, концентрация раствор: к его яорееычение,. хррт.-

75

в-

25

\

N

\А

ч \у/

0 10 20 30 40

Сутки

Рис. 3. Изменение количества зерен гидроксада алюминия размером менее 10 мкм в разгрузке батарей де-комлозеров У II к 12 глиноземного цеха БАЗ (период измельчения)

Рис. 4. .Ликроснимок гндрокслда алс.'^нля (26-е сутки наблюдений}. Увеличение ¿ЬС

ность кристаллических зерен затравки, состояние и величина затр1вочноР поверхности и др.), поскольку вторичное зароды-п:еобр1зоБакие происходит тогда, когда площадь поверхности затргвочных «¡лсталлоз ниже величины, необходимой для обеспечения такой скорости роста кристаллов, какую пересыщение раствора может поддерживать.

3 ттх-гьей глазе изложены результаты исследований физика-хи.'.шческих сэо^.ств щелочных растворов. К основным физико-хи-мичесйим характеристикам водных рютзоров электролитов обычно относят те вязкость, плотность и электропроводность.

Вязкость стрхгле? спосс-бность веаества оказывать сопротивление перемещению'одной его части относи:• •льно другой. Онергня акти-иции пяэкого течения является тем энергетическим барьером, который следует преодолеть для смещения слоя одного мол.-г частиц относительно другого такого тке слоя. По справочным длннк.! р*ссчитаны энергии активации вязкого течения веды и водных рютво-ов л'-аОЛ, //а2С0з, Л'а2 Б0,- и Л'аС! в интервалу -температур 2С-50°С. Для воду величин энергетического барьера составляет Еу = -14,5 ¡сД-к/у.с-.ъ. При концентрациях до II моль л'аШ/кг й-0 зависимость энергии актязации вязкого течения йодного р1створг гидроксида натрия не является монотонной ф!-'кцией (рис. 5). При концектруум щелочи белее 4 моль //аСН/кг Яо0 наблюдается резкое увеличение энергии активации.

По величине энергии а:;тивацин вязкого течения раствора электролита молено оценить влияние ионов на структуру веды. Если Ь-у растворп меньзе , чем энергия активации вязкого течения код?;, то происходит ргзупорядочпвание структ^^ы воды при внесении подобного электролита. При концентрациях до 0,7 моль соли/кг Н20 хлорид натрия разулорядочивает структуру воды, сульфат натрия практически не оказывает никакого влияния, карбонат натр:я значительно упрочняет структуру воды. Значения энергий активации водных растворов, содержащих ион натрия, убывают в ряду:

Е90"/а2С03) > Е,(//аСН) > '^(ГЬ^ЧО^ ~ Е7(Н20) > Е,(//аС1).

Лэмерены плотность' и вязкость целочно-алюминатных растворов БЛЗ с каустическим модулем 1,68-1,75 пр! температурах 20-Ю0°С в диапазоне концентраций. 80-150 кг/м3 Уа20к .

Пр! низких температурах вязкость щелечно-аляминатнкх растворов значительно прельщает вязкость растворов гидроксида

22 . 20. 18 16 . 14 .

/

/

в

/

-г—:—г—i-з--1-1-1-г-

2 4 6 г го

то

гель

Ríe. 5. Зависимость "^ергик активации вязкого течения водного растворе. А/аШ от концентрации в интервале температур 2С-90°С

4,0-j 3,0

2,0-

1,0

о-ЦГТ

I I I ■ » 1 " » 1 г

30 50 Ю S0

Теип«ратура/С

Ríe. 6. Зависимость вязкости водных растворов от температуры. 2 - раствор ЛДОН (100 кг/м3 //а20к) ; 3- вода

натрия, при температуре, более 80°С значения коэффициентов вязкости этих растзоров близки (рис. б). С ростом концентрации каустической целочи вязкость целочно-алюминатных растворов поЕьлается неразномешо. Наиболее резкое увеличение вязкости наблюдается при концентрациях вьпе 120 кг/м3 MioOK, которое тем сильнее выражено, чем ниже температура раствора.

рассчитана энергия активации вязкого течения щелечно-алю-минатных растворов БАЗ. С ростом концентрации растзоров позывается энергетический барьер, который необходимо преодолеть для смешения слоя I меля частиц'относительно другого такс^о :хе слоя. 3 изученных целочно-алюминатных растворах структуру воды можо считать упорядоченной. Энергия активации вязкого течения растворов убывает з последовательности:

щелочно-аллкинатный раствор > растзор //аОл > вода.

Сравнение г. .читанных для щелочно-алдаинагных растворов БАЗ значений энергий активации зязкого течения (20,8-25,5 к£к/моль), диффузии (23,0-29,1 хД-к/исль) и роста кристаллов гидрсксада . алальшия (78,1 .-сДтУмоль) показывает,- что кристаллизация гидрск-сида из щелочно-аламинагных растзоров протекает в кинетической области, так как величина энергетического барьера уменьшается з ряду: SG > Ед > E>j .

Исследовано влияние значительного для производства глинозема способом Байера количества примесей М*5ССо, //а., 5 и//аС1 (0,5-моль/дм3) на кристаллизацию гидроксида алюминия з условиях пре пмуце ст з енног о линейного роста. Установлено, что наличие расгзоримых примесей снижает выхед А^Од при де-К0..1ЛСЗИЦИИ, повкзаег энергаэ ахглзации роста кристаллов, в ;;:<: присутствии получается белее мелкий гидроксид аламиная, при огам негативное влияние пршесей убыаае? а последовательности :• //ajjCOg $ /VagSO^ > ,VaCI. Селективное проведение про- -цесса декемпознлдии з промышленных условиях требует контроля ■ за концентрацией примесей з челечно-аламинаткых раствора:: и особенно за содержанием в них соды.

Определена энергия активации линейного роста кристаллов гидроксида алюминия пр: кристаллизации из целечно—алюминатнего рютзора, не содержащего примеси, которая составляет 52,6 кДтс/мсль.

Четвертая глава посвящена усовершенствованию процесса декомпозиции щелочно-алюминзгных рютворов, пслучармюс при переработке трудно вскрываемых бокситов. В данной гладе приведены результаты лабораторных исследований, промышленных испытаний и внедрения технологии двустадийной декомпозиции.

При проведении лабораторных исследований было решено для повышения производительности сочетать двустздийную технологию декомпозиции с добавлением мелкодисперсного гидроксида алюминия, получаемого на БАЗ самопроизвольным осаждением из разбавленных и охлажденных щелочно-алюминатных растворов ветви спекания.

В лабораторных условиях отработан оптимальный режим двустадийной декомпозиции щелочно-алюминатных растворов с каустическим модулем 1,65-1,80 и концентрацией 140-160 кг/м3 Л^^к' позволяющий повысить выход А1п0д по сравнению с одностадийной декомпозицией на 1,5-5,5 кг/м3. Согласно предложенной технологии кристаллизацию гидроксида алюминия ведут в две стадии при подаче на первую стадию затравки в количестве <30-120 кг/м3 и температуре 62-&4°С, а на второй стадии кристаллизацию ведут при снижении температуры до 46-48°С, используя на первой стадии в качестве затрхвки смесь рядового и мелкодисперсного гидоокси-дов алюминия с удельной поверхностью 80-100 и 1000-2000 м 2/кг соответственно. На второй стадии используют только родовую затравку с удельной поверхностью 60-100 м^/кг.

На батарее декомпозеров V 5 глиноземного цеха БАЗ проведены промышленные испытания технологии двустадийной деш-лозиции, которые полностью подтверди .и ее прек-тщество перед традиционной одностадийно."! технологией ведения процесса, предоолагшдей подачу всей затравки в начале процесса. Грапуло.'.:стр:ческ::!«, кристадлоопти.ческий и электронно-микроскопический анализы осад-коз, полученных при промыленкьк испытаниях, подтвердили возможность укрупнения гидроксида алюминия за счет агломерации! затравочных зерен с последующим их линейны:-! ростом. Ьсли при одностадийной декомпозиции содерглн.;е фракции -20 мкм в заграз-ке и конечном осадке практически не отличается, то пи! двуста-дийной декомпозиции содержание этой фракции снизилось на 36отн-$ при одновременном снижении фракции -40 мкм на 12-17 стн.*

Позигквкие результаты, полученные в ходе испытаний на батарее дексмпозеров Г5, позволили рекомендовать разработанную технологию двустадийной'декомпозиции к промышленному использованию на батареях дексмпозеров 1.3 и 4. Предложенный способ получения гидрокскда алюминия является весьма простым и не требует для внедрена капитальных затргт. Для реализации данной технологии требуется только изменить схему подачи затравочной пульпы в батарею дексмпозеров.

Применение двустадийной декомпозиции для целочно-алпмкнат-ных растворов, получаемых при переработке д-'аспор-бемитовых бокситоз, позволяет поеысить выход А^С'з на 3-4 кг с I мэ раст-зора. Средние результаты работы батарей дексмпозеров ','3 и 4 за четыре месяца работы приведены в табл. 3.

Енедрение технологии двусгадийной декомпозиции на двух батателх деко:.'.г.озсрсз глиноземного цеха БАЗ обеспечило получение экономического эффекта за счет снижения оборота А^Од в размере 4,4 млк. руб. за четыре месяца.

Таблица 3

результата промышленного использования технологии дзустадиГ.кой декагпозаций на батареях дексмпозеров £ 3 и 4

Сравниваете периоды

01.09.91-31.08.92 (базовый) 01.09.92 -31.22.92

Температура, сС: начальная конечная 60,9 50,3 62,1 50,3

Прсдаттлтельнссть деноьлсзиции, ч . 59,0 • 62,7

Батразочнсе отнесение (расчетное) кие твердого в I ы3 пульпы 2,26 1,99

хзсетевого декемпезера, кг 462 422

Концентрация //а^з разгрузке батареи, кг/м3 144,4 ' 144,2

Кзусгический модель раствора:

исходного 1,74 1,74

конечного 3,36 3,40

Степень разложения раствора, * Сосед 43,1 67,4 48,8 69,3

ОСНОШЬЁ выводы

1. Выполнен анализ научных направлений исследований процесса кристаллизации гидроксида алюминия и современного состояния реализации различных технологий декомпозиции в промышленности в наией стране и за рубежом.

Показано, что данные о механизме процессов, протекающих при кристаллизации гидроксида алюминия из целочно-алюминатнюс растворов повышенных концентраций с повышенным каустически-.: модулем в присутствии затравочных зерен, о влиянии растворимых пршесей на энергию активации роста кристаллов, о научном обос новании лимитирующей стадии кристаллизации гидроксида алюминия из целочно-алюминатных растворов либо отсутствуют, либо весы.;-, противоречивы. Как следствие, отсутствовала технология двуста-дийной декомпозиции растворов, получаемых при производстве гли нсзема из диаслот-бемитовых бокситов.

2. Комплексом физико-химических методов анализа (гранулометрический, кр: сталлооптический, электронно-микроскопический и химический) доказана принципиальная вез мощность агломерации мелкодисперсного и ц-хового гидроксидсв алюминия при кристаллизации из щелочно-олюмкнатных растворов с повышенной концентрацией целочи и с.повышенным каустическим модулем. Оптимальными параметрами агломерации цехового гидроксида являются масса затравочных зерен 80-120 кг/м3 и температура 63-С5 С.

3. Предложен метод расчета кинетического параметра массовой кристаллизации гидроксида алюминия из цел оч: о-алю:. и: н а г н ых растворов - константы скорости линейного роста. Для расчета используется информация об изменении концентрации раствора

е ходе процесса, а такке'полученная на основе этой информации зависимость константы скорости осаздения гидроксида алюминия от массы введенных затравочных кристаллов.

Определена энергия^активации линейного роста гидроксида алюминия при кристаллизации его из целочно-алюминатных растворов БАЗ и из синтетического щелочно-алюминагного раствора, не содержащего примеси, величина которой составляет соответственно 78,1 к 52,6 кДк/моль.

4. Сосчитаны энергии активации вязкого течения воды и водных растворов Д/аОН (с концентрацией до 11,0 моль/кг Н20),

А/а^СОд, л'а^БОл к //аС1 (с концентрацией до 0,7 мать/кг Н20) з интерзале температур 2С-90°С. Для воды величина энергетического барьера составляет ,5 еДт/моль.

Измерены плотность к вязкость целогчно-аллминатнкх растворов ВАЗ при температурах 20-100°С з диапазоне концентраций 60-155 хг/м3 //аоОх, а такие рассчитаны энергии активации вязкого течения и диффузии для этих растворсз.

5. Раскрыто влияние натриевых соединений на упорядочивание структуры веда на основании сравнения энергий активации вязкого течения водных растворов этих соединения. Значения снер-гий активации убывают в ряду:

Е (,'/а2С03) > Е (Н аСН) > Е (//а2$04) ^ Е (Н20)>Е (УаС1). Установлено, что з киэкомодульнах целочне-алюминатных растворах структуру зоды можно считать упорядоченной, поскольку энергия активации вязкого течения растворов убывает в последовательности:

щелочно-алюминатный раствор >раствор УаСН > Н^О .

6. Лсследовано влияние значительного для производства глинозема способом Байера количества ггримесей А/а2504, А/а^СОд и //аС1 (0,5 коль/дм3) на кристаллизации гидроксида алюминия в условиях преимуцестзеннсго линейного роста. Наличие растворимых примесей енжает выход А120д при декомпозиции, повышает энергию активации роста кристаллов, в их присутствии получается более мелкий гидроксид алюминия, при этом негативнее влияние примесей убывает в последовательности

А/а2С03> А^а2$04 > А/аС1 , которая в точности совпадает с закономерностью, выявленной при рассмотрении влияния этих примесей на упорядочивание структуры воды.

7. Доказано путем сравнения рассчитанных для щелочно-алюми-натных растворов БАЗ значений энергий активации вязкого течения (20,8-25,5 кДк/мсш»), диффузии (23,0-29,1 кДк/мсяь) и роста кристаллов гедрокевда алюминия (78,1 кД-к/мсяь), что кристаллизация гидроксида алюминия из щелочно-алюминагных растворов протекает в кинетической области, поскольку величина энергетического барьера уменьшается в ряду: Ей> Ед > Е^ .

8. На основании лабораторных исследований разработана технология двустадийной декомпозиции щелочно-алюминагных раст-

воров с каустическим модулем 1,65-1,80 и концентрацией каустической щелочи 140-160 кг/м3 Л^О^, получаемых при производстве глинозема из трудно вскрываемых бокситов. По предложенной технологии кристаллизацию гидроксида алюминия ведут в две стадии при подаче на первую стадию затравки в количестве 80-120 кг/м3 и температуре 62-64°С, а на второй стадии кристаллизацию ведут при снижении температуры до 46-48°С, используя на первой стадии смесь рядового (цехового) и мелкодисперсного гидооксидов алюминия с удельной поверхностью 80-100 и 1000-2000 м*"/кг соответственно. На второй стадии используют только рядовую затравку с удельной поверхностью 80-100 м 2/кг.

9. Пралшлентяии испытаниями полностью подтверждено преимущество двустадийной декомпозиции перед традиционной одностадийной технологией, предполагающей подачу всей затравки в начале процесса..

Применение двустадийной декомпозиции для щелочно-алюминат-ных растворов, получаемых при переработке диаспор-бемитовых , бокситов, позволяет повысить выход AlgOß на 3-4 кг с I м3расгворЕ и снизить содержание фракции -20 мкм в гидроксиде алюминия на выходе из батареи дека-лоз еров по сравнению с затравочным гидро-ксидом на 35-36 отн.5 при одновременном снижении фракции -40мкм на 12-17 отн.%.

10. Предложенный способ получения гидроксида алюминия весьма прост и не требует для внедрения капитальных затрат. Для реализации данной технологии необходимо только изменить схему подачи затравочной пульпы в батарею декомпозеров.

Внедрение технологии двустадийной декомпозиции на двух батареях декомпоз еров глиноземного цеха БАЗ обеспечило получение экономического эффекта за счет снижения оборота AlgO^ в размере 4,4 млн. руб. за четыре месяца.

Основное содержание Диссертации опубликовано в следующих работах: ' " '

1. Влияние Примеси хлорида натрия в алюминатных растворах на технологические показатели производства глинозема / Федяев 3. Гаврилова Т.Б., Бохтеев A.A., Еремеев Д.Н. // Цветные металлы. 1939. Г 5. С. 65-68.

2. Кристаллизация гидроксида алюминия (III) из щелочно-алю-г.'инатных растворов, содержащих растворимые примеси / Романов !, '¿едяев 5.<3., Еремеев Д.Н. и др. // Язв. вузов. Цв. металлургия.

1991- :.• 4. С. 65-69.

3. Вторичное зародышеобразование гидроксида. алшиния в про-кшленных условия* / Еремеев Д.Н., Романов Л.Г., Амосова К.С.

и др. // Комплексное использование минерального сырья. 1991. Г 6. С. 34-36.

4. Еремеев Д.Н., Зедяев S.S., ;1уцкая Л.Л. Метод расчета кансггнгы скорости линейного роста при кристаллизации Д1(Ш)3 из щелочио-алакинатных растворов // Йурн.ал прикладной химии. 1992. Т. 65. Вып. 5. С. II03-III2.

5. Вязкость низкомодульных щелочи о-алгминатнкх растворов/ Еремеев Д.Н., ¡Гедяев 2. 2., Романов Л.Г. и др. // Комплексное использование минерального сырья. 1992. Г 8. С. 41-44.

6. Еремеев Д.Н., Федяев S.S., Руцкая Л.П. О показателях процесса декомпозиции // Комплексное использование минерального сырья. 1992. Г 9. С.40-44.

7. Еремеев Д.Н., Романов Л.Г., Федяев S.Í. Агломерация гидроксида алшиния // Комплексное использование минерального сырья. 1922. Г 10. С. 42-44.

а. Д. с. 1763369 СССР, 5Ш С OI F 7/14. Способ получения гидрокгя!^ алшиния / О.З.Седяев, Д.Н.Еремеев, Т.Б.Гаврилова и др. Г 4301616/26; Заявлено 12.01.90; Опубл. 23.09.92, Езл. У 25.// Открытия. Изобретения. 1992. JF 35. С. 87. (С 10.02.93 Шт. 1763369 Российская Седерация).

Зодасано в¡ печать 27.12.93 Сориат 60x84 I/I6

Еушага офсетная Плоская начать Уся.а.я. 1,39 7ч.-изд.л. 1,28 Tapaz 100 Заказ 762 Бесплатно •

РедакдаоЕЕо-гздательскяЗ отдел 7ГП-7Ш1 620002, Екатеринбург, УП7-7Ш1, 8-й удобный корпус Роталрзнт Ш7-УШ. 620002, Екатеринбург, Ш7-Ж1, 8-й уч.корпус