ВЛИЯНИЕ СОЛЕЙ АЛЮМИНИЯ НА РАЗЛОЖЕНИЕ ЩЕЛОЧНО-АЛЮМИНАТНЫХ РАСТВОРОВ
|
Актуальность проблемы
Процесс разложения щелочно-алюминатных растворов является одним из основных переделов в технологии получения глинозема и алюминия, от которого во многом зависят производительность и экономика глиноземных и алюминиевых заводов, качество получаемых продуктов.
Основные задачи усовершенствования процесса декомпозиции состоят в получении гидроксида алюминия необходимой крупности и чистоты, в увеличении скорости и процента разложения алюминатных растворов.
В настоящее время для получения крупнодисперсного продукта идут по пути увеличения затравочного гидроксида в обороте, а также активно используется явление агломерации гидроксида алюминия при высоком содержании каустической щелочи и низком каустическом модуле раствора.
Высокое затравочное отношение приводит к обороту до 80% гидроксида алюминия, который постоянно находится в незавершенном производстве, а также требует большого количества оборудования для его классификации. Кроме того, высокое значение затравочного отношения снижает эффективный объем декомпозера.
Поэтому с момента начала использования процесса Байера в промышленных масштабах и по сей день ведется поиск путей усовершенствования стадии декомпозиции и разработка новых способов разложения щелочно-алюминатных растворов, которые позволили бы снизить себестоимость производства глинозема при одновременном получении глинозема необходимого качества.
Одним из актуальных направлений глиноземного производства становится получение высокодисперсных оксидов и гидроксидов алюминия, необходимых для химической, нефтехимической, газоперерабатывающей, строительной и других отраслей промышленности. Кроме того, опыт зарубежных заводов показывает, что производство данной продукции позволяет повысить экономическую эффективность предприятия.
Цель и задачи работы
Целью диссертационной работы является исследование возможности усовершенствования стадии декомпозиции при использовании солей алюминия в качестве модификатора, а также разработка технологии получения оксидов и гидроксидов алюминия неметаллургического назначения.
Сформулированы следующие задачи:
1. Исследовать влияние различных солей алюминия на разложение щелочно-алюминатного раствора с целью получения активной затравки.
2. Изучить влияние режима перемешивания на процесс декомпозиции при использовании активной затравки.
3. Объяснить механизм осаждения частиц гиббсита на поверхности активной затравки и механизм перекристаллизации с измельчением.
4. На основании полученных данных разработать усовершенствованную технологическую схему декомпозиции алюминатных растворов.
5. Изучить возможность получения неметаллургических гидроксидов и оксидов алюминия с использованием активной затравки.
Научная значимость и новизна
Впервые был получен крупнокристаллический гидроксид алюминия с высокой удельной поверхностью при использовании солей алюминия в качестве модификатора. Изучено влияние основных параметров декомпозиции на данный процесс.
Было показано, что гидроксид алюминия, полученный при помощи солей алюминия, обладает высокой активностью, и также может быть использован для быстрого разложения щелочно-алюминатных растворов при низких затравочных отношениях.
Изучена кинетика декомпозиции при использовании активной затравки. На основании полученных данных объяснен механизм осаждения кристаллов гиббсита на затравке.
Показано, что активный глинозем, полученный при помощи солей алюминия, может быть использован для получения гидроксидов и оксидов алюминия неметаллургического назначения.
Достоверность полученных результатов подтверждается всесторонним изучением информации связанной с разложением щелочно-алюминатных растворов, использованием современных физических и физико-химических методов анализа: ИК-спектроскопия, рентгеноструктурный анализ, электронная микроскопия, лазерная гранулометрия, термические методы анализа (ДТА и ТГА) и классический химический анализ. Кроме того применялись стандартные отраслевые методики и программные пакеты. Полученные данные соответствуют теории декомпозиции щелочно-алюминатных растворов при использовании активной затравки.
Практическая значимость
Разработан процесс осаждения активного гидроксида алюминия из щелочно- алюминатных растворов при помощи солей алюминия. Использование полученного активного гидроксида в качестве затравки сокращает продолжительность процесса как минимум в 3 раза, а затравочное отношение - в 10-20 раз.
Использование активного гидроксида алюминия в качестве затравки при повышенных температурах и интенсивном перемешивании позволяет получить высокодисперсный гидроксида алюминия, рыночная цена которого в 1,5 раза выше, чем металлургического. Поэтому предлагаемая технология позволяет повысить рентабельность глиноземного завода.
Личный вклад автора состоит в обзоре литературы по декомпозиции щелочно-алюминатных растворов и применении солей алюминия для получения гидроксида алюминия неметаллургического назначения, планировании и проведении всех экспериментов, обработке и объяснении полученных результатов.
Основные положения, выносимые на защиту
1. Высокие температуры и интенсивное механическое перемешивание, характерные для декомпозиции процесса Байера, приводят к измельчению продукта при использовании активной затравки за счет вторичного зародышеобразования и перекристаллизации с измельчением. Низкие температура и скорость перемешивания при использовании активной затравки наоборот приводят к образованию крупнодисперсного гидроксида алюминия с развитой поверхностью, за счет смены механизма кристаллизации гиббсита из щелочно-алюминатного раствора.
2. Явление перекристаллизации с измельчением при использовании активной затравки в условиях, характерных для промышленной декомпозиции щелочно-алюминатных растворов, может быть использовано для получения гидроксида алюминия неметаллургического назначения с низкой себестоимостью.
Апробация работы
Основные положения диссертационной работы представлялись на XVI Уральской международной конференции молодых ученных «Студент и научно-технический прогресс» (г. Екатеринбург, 2009) и на II международной интерактивной научно-практической конференции «Инновации в материаловедении и металлургии» (г. Екатеринбург, 2012).
Публикации
По результатам работы опубликовано 6 научных работ, в том числе 1 статья в рецензируемом журнале, рекомендованном ВАК для публикации научных результатов. Кроме того получен патент на изобретение РФ.
Структура и объем работы
Диссертационная работа состоит из введения, 4 глав, заключения, списка использованной литературы (106 наименований работ отечественных и зарубежных авторов) и 3 приложений, содержит 124 страницы машинописного текста, 30 рисунков, 14 таблиц.
Процесс разложения щелочно-алюминатных растворов является одним из основных переделов в технологии получения глинозема и алюминия, от которого во многом зависят производительность и экономика глиноземных и алюминиевых заводов, качество получаемых продуктов.
Основные задачи усовершенствования процесса декомпозиции состоят в получении гидроксида алюминия необходимой крупности и чистоты, в увеличении скорости и процента разложения алюминатных растворов.
В настоящее время для получения крупнодисперсного продукта идут по пути увеличения затравочного гидроксида в обороте, а также активно используется явление агломерации гидроксида алюминия при высоком содержании каустической щелочи и низком каустическом модуле раствора.
Высокое затравочное отношение приводит к обороту до 80% гидроксида алюминия, который постоянно находится в незавершенном производстве, а также требует большого количества оборудования для его классификации. Кроме того, высокое значение затравочного отношения снижает эффективный объем декомпозера.
Поэтому с момента начала использования процесса Байера в промышленных масштабах и по сей день ведется поиск путей усовершенствования стадии декомпозиции и разработка новых способов разложения щелочно-алюминатных растворов, которые позволили бы снизить себестоимость производства глинозема при одновременном получении глинозема необходимого качества.
Одним из актуальных направлений глиноземного производства становится получение высокодисперсных оксидов и гидроксидов алюминия, необходимых для химической, нефтехимической, газоперерабатывающей, строительной и других отраслей промышленности. Кроме того, опыт зарубежных заводов показывает, что производство данной продукции позволяет повысить экономическую эффективность предприятия.
Цель и задачи работы
Целью диссертационной работы является исследование возможности усовершенствования стадии декомпозиции при использовании солей алюминия в качестве модификатора, а также разработка технологии получения оксидов и гидроксидов алюминия неметаллургического назначения.
Сформулированы следующие задачи:
1. Исследовать влияние различных солей алюминия на разложение щелочно-алюминатного раствора с целью получения активной затравки.
2. Изучить влияние режима перемешивания на процесс декомпозиции при использовании активной затравки.
3. Объяснить механизм осаждения частиц гиббсита на поверхности активной затравки и механизм перекристаллизации с измельчением.
4. На основании полученных данных разработать усовершенствованную технологическую схему декомпозиции алюминатных растворов.
5. Изучить возможность получения неметаллургических гидроксидов и оксидов алюминия с использованием активной затравки.
Научная значимость и новизна
Впервые был получен крупнокристаллический гидроксид алюминия с высокой удельной поверхностью при использовании солей алюминия в качестве модификатора. Изучено влияние основных параметров декомпозиции на данный процесс.
Было показано, что гидроксид алюминия, полученный при помощи солей алюминия, обладает высокой активностью, и также может быть использован для быстрого разложения щелочно-алюминатных растворов при низких затравочных отношениях.
Изучена кинетика декомпозиции при использовании активной затравки. На основании полученных данных объяснен механизм осаждения кристаллов гиббсита на затравке.
Показано, что активный глинозем, полученный при помощи солей алюминия, может быть использован для получения гидроксидов и оксидов алюминия неметаллургического назначения.
Достоверность полученных результатов подтверждается всесторонним изучением информации связанной с разложением щелочно-алюминатных растворов, использованием современных физических и физико-химических методов анализа: ИК-спектроскопия, рентгеноструктурный анализ, электронная микроскопия, лазерная гранулометрия, термические методы анализа (ДТА и ТГА) и классический химический анализ. Кроме того применялись стандартные отраслевые методики и программные пакеты. Полученные данные соответствуют теории декомпозиции щелочно-алюминатных растворов при использовании активной затравки.
Практическая значимость
Разработан процесс осаждения активного гидроксида алюминия из щелочно- алюминатных растворов при помощи солей алюминия. Использование полученного активного гидроксида в качестве затравки сокращает продолжительность процесса как минимум в 3 раза, а затравочное отношение - в 10-20 раз.
Использование активного гидроксида алюминия в качестве затравки при повышенных температурах и интенсивном перемешивании позволяет получить высокодисперсный гидроксида алюминия, рыночная цена которого в 1,5 раза выше, чем металлургического. Поэтому предлагаемая технология позволяет повысить рентабельность глиноземного завода.
Личный вклад автора состоит в обзоре литературы по декомпозиции щелочно-алюминатных растворов и применении солей алюминия для получения гидроксида алюминия неметаллургического назначения, планировании и проведении всех экспериментов, обработке и объяснении полученных результатов.
Основные положения, выносимые на защиту
1. Высокие температуры и интенсивное механическое перемешивание, характерные для декомпозиции процесса Байера, приводят к измельчению продукта при использовании активной затравки за счет вторичного зародышеобразования и перекристаллизации с измельчением. Низкие температура и скорость перемешивания при использовании активной затравки наоборот приводят к образованию крупнодисперсного гидроксида алюминия с развитой поверхностью, за счет смены механизма кристаллизации гиббсита из щелочно-алюминатного раствора.
2. Явление перекристаллизации с измельчением при использовании активной затравки в условиях, характерных для промышленной декомпозиции щелочно-алюминатных растворов, может быть использовано для получения гидроксида алюминия неметаллургического назначения с низкой себестоимостью.
Апробация работы
Основные положения диссертационной работы представлялись на XVI Уральской международной конференции молодых ученных «Студент и научно-технический прогресс» (г. Екатеринбург, 2009) и на II международной интерактивной научно-практической конференции «Инновации в материаловедении и металлургии» (г. Екатеринбург, 2012).
Публикации
По результатам работы опубликовано 6 научных работ, в том числе 1 статья в рецензируемом журнале, рекомендованном ВАК для публикации научных результатов. Кроме того получен патент на изобретение РФ.
Структура и объем работы
Диссертационная работа состоит из введения, 4 глав, заключения, списка использованной литературы (106 наименований работ отечественных и зарубежных авторов) и 3 приложений, содержит 124 страницы машинописного текста, 30 рисунков, 14 таблиц.
В диссертационной работе, посвященной изучению влияния солей алюминия на разложение щелочно-алюминатных растворов, получены следующие основные научные и практические результаты:
1. Впервые установлено, что низкие температуры и отсутствие перемешивания позволяют получить крупнодисперсный продукт при использовании солей алюминия в качестве затравки для разложения щелочно- алюминатного раствора. Одновременно удается сократить продолжительность процесса декомпозиции в 3 раза.
2. Высокую скорость декомпозиции можно объяснить развитой удельной поверхностью продукта взаимодействия соли алюминия с алюминатным раствором. Удельная поверхность полученного активного гидроксида алюминия - 34 м2/г, что как минимум в 30 раз больше, чем у заводской затравки. В дальнейшем это позволит значительно сократить затравочное отношение.
3. Установлены следующие оптимальные условия процесса: концентрация каустической щелочи 140-150 г/л; каустический модуль 1,5-1,65; температура 25- 30°С; продолжительность декомпозиции в зависимости от температуры (не более 20 ч для 25°С), добавка соли алюминия 5-7 г/л.
4. По результатам химического анализа, ИК-спектроскопии и рентгеноструктурного анализа было установлено, что активный гидроксид алюминия представляет собой гиббсит.
5. По гранулометрическому анализу активный гидроксид алюминия крупнее песчаного. Изучение физико-механических характеристик глинозема, полученного при прокалке активного гидроксида алюминия, показало принципиальную возможность использования его в металлургических целях.
6. Интенсивное перемешивание и температуры более 40°С приводят к разрушению активного гидроксида алюминия и образованию высокодисперсного осадка. Медленное перемешивание (барботаж воздуха через слой пульпы) позволяет сохранить крупность продукта при одновременном увеличении скорости процесса.
7. Образование высокодисперсного гидроксида алюминия при повышении температуры декомпозиции может быть использовано для получения оксидов и гидроксидов алюминия неметаллургического назначения с низкой себестоимостью.
8. Были определены следующие оптимальные условия образования высокодисперсного гидроксида алюминия: концентрация каустической щелочи 140-150 г/л; каустический модуль 1,5-1,65; температура 60°С; продолжительность декомпозиции 20 ч, добавка активного гидроксида алюминия 5 г/л. При данных условиях был получен хорошо откристаллизованный гидроксид алюминия крупностью не более 2 мкм.
9. По результатам исследования предложена технологическая схема участка декомпозиции, с помощью которой можно исключить оборот затравки из цикла Байера и повысить экономическую эффективность предприятия за счет производства гидроксида алюминия неметаллургического назначения.
1. Впервые установлено, что низкие температуры и отсутствие перемешивания позволяют получить крупнодисперсный продукт при использовании солей алюминия в качестве затравки для разложения щелочно- алюминатного раствора. Одновременно удается сократить продолжительность процесса декомпозиции в 3 раза.
2. Высокую скорость декомпозиции можно объяснить развитой удельной поверхностью продукта взаимодействия соли алюминия с алюминатным раствором. Удельная поверхность полученного активного гидроксида алюминия - 34 м2/г, что как минимум в 30 раз больше, чем у заводской затравки. В дальнейшем это позволит значительно сократить затравочное отношение.
3. Установлены следующие оптимальные условия процесса: концентрация каустической щелочи 140-150 г/л; каустический модуль 1,5-1,65; температура 25- 30°С; продолжительность декомпозиции в зависимости от температуры (не более 20 ч для 25°С), добавка соли алюминия 5-7 г/л.
4. По результатам химического анализа, ИК-спектроскопии и рентгеноструктурного анализа было установлено, что активный гидроксид алюминия представляет собой гиббсит.
5. По гранулометрическому анализу активный гидроксид алюминия крупнее песчаного. Изучение физико-механических характеристик глинозема, полученного при прокалке активного гидроксида алюминия, показало принципиальную возможность использования его в металлургических целях.
6. Интенсивное перемешивание и температуры более 40°С приводят к разрушению активного гидроксида алюминия и образованию высокодисперсного осадка. Медленное перемешивание (барботаж воздуха через слой пульпы) позволяет сохранить крупность продукта при одновременном увеличении скорости процесса.
7. Образование высокодисперсного гидроксида алюминия при повышении температуры декомпозиции может быть использовано для получения оксидов и гидроксидов алюминия неметаллургического назначения с низкой себестоимостью.
8. Были определены следующие оптимальные условия образования высокодисперсного гидроксида алюминия: концентрация каустической щелочи 140-150 г/л; каустический модуль 1,5-1,65; температура 60°С; продолжительность декомпозиции 20 ч, добавка активного гидроксида алюминия 5 г/л. При данных условиях был получен хорошо откристаллизованный гидроксид алюминия крупностью не более 2 мкм.
9. По результатам исследования предложена технологическая схема участка декомпозиции, с помощью которой можно исключить оборот затравки из цикла Байера и повысить экономическую эффективность предприятия за счет производства гидроксида алюминия неметаллургического назначения.