Промышленные способы получения глинозема

Получение глинозема

Оновной составляющей глинозема является оксид алюминия Al₂O₃. Технические разновидности глинозема служат сырьем для производства промышленных абразивных, износостойких и огнеупорных материалов.

Глинозем встречается в чистом виде в форме корунда, также входит в состав минералов и горных пород – бокситов, алунитов, каолинов, нефелинов.

Получение глинозема из различных типов сырья

С целью получения глинозема широко используют руду с содержанием бокситов – глинистой горной породы, состоящей из различных модификаций гидроксида алюминия, оксидов железа, кремния, титана, серы, галлия, хрома, ванадия, карбонатных солей кальция, железа и магния. Произведенный технический глинозем имеет вид кристаллического белого порошка с однородной структурой.

Получение глинозема может выполняться электролитическим, щелочным и кислотным способами. Наиболее распространенным методом является щелочная технология Байера, подходящая для выделения оксида алюминия из высококачественных бокситов с невысоким содержанием оксида кремния SiO₂.

Для переработки других видов пород может использоваться метод спекания, позволяющий получить глинозем из бокситов различных типов, нефелиновых концентратов и руд, байеровских шламов, каолинов, алюмокальциевых шлаков и других материалов.

Технологии производства глинозема

Процесс производства глинозема гидрохимическим способом Байера заключается в разложении (гидролизе) щелочно-алюминатных растворов при высоких температурах с последующим выделением гидроксида алюминия. Примеси, содержащиеся в бокситах, остаются в нерастворенном остатке.

Последовательность операций, выполняемых при получении глинозема методом Байера:

• подготовка бокситовой руды путем дробления и измельчения в мельницах;
• добавление в перерабатываемый материал извести и едкой щелочи;
• обработка бокситов раствором щелочи;
• разделение шлама и алюминатного раствора методом промывки;
• разложение полученного водного раствора алюмината;
• получение готового гидроксида алюминия путем выделения из раствора;
• прокаливание и кальцинация (обезвоживание) гидрооксида алюминия.

Получение глинозема с применением данного метода характеризуется стабильным химическим соединением. Полученный оксид алюминия отличается тугоплавкостью (температура плавления составляет 2050°C).

Технология производства глинозема методом спекания включает выполнение спекания руды в печах до появления твердого алюмината. Полученный алюминат выщелачивается с использованием воды или раствора соды. Раствор алюмината разлагается с применением углекислоты для получения гидроксида алюминия.

Качество, характеристики и возможности применения полученного глинозема определяются маркой материала и использованными для его получения технологиями и сырьем. Компания «МИКРОИНТЕК» предлагает заказчикам купить глинозем различного назначения и в любых необходимых объемах.

Источник

Классификация методов производства глинозема

К настоящему времени предложено весьма большое число различных методов для извлечения чистого глинозема из алю­миниевых руд. Однако практическое применение в промышленности получили лишь немногие из них.

Амфотерный характер окиси алюминия позволяет осущест­влять ее извлечение из руд как с помощью щелочей, так и с помощью кислот.

В основном известные в настоящее время методы получения глинозема могут быть разбиты на три группы: методы щелоч­ные, кислотные и электротермические.

В современной алюминиевой промышленности для произ­водства глинозема наиболее широкое применение получили щелочные методы.

В этих методах путем обработки руды щелочами (NаОН, Na₂CO₃) глинозем связывается в алюминат натрия, растворимый в воде. Раствор алюмината натрия отделяется от осадка, так на­зываемого красного шлама, состоящего в основном из окисей и гидроокисей кремния, железа и титана. Далее раствор алюми­ната натрия разлагается с выделением в осадок чистой гидро­окиси алюминия, которая отфильтровывается, а щелочной рас­твор возвращается обратно в процесс. Гидроокись алюминия за­тем подвергается прокалке при высокой температуре (кальцинации) с целью полного удаления из него воды и превращении в сухую чистую и негигроскопическую окись алюминия (a—Al2O3); годную к использованию для получения металличес­кого алюминия.

Превращение глинозема, содержащегося в руде, алюминат натрия может осуществляться различными путями. Для этого применяется или так называемый мокрый способ (способ Байера), при котором первоначальная обработка руды (выщела­чивание) осуществляется непосредственно раствором едкой щелочи, или сухие способы, при которых руда с солями щелочных и щелочно-земельных металлов (обычно углекислы­ми, как NaСО₃ СаСО₃) сначала спекается во вращающихся пе­чах (способы Ле-Шателье, Мюллера-Яковкина) или подвергается плавке в электропечах (способы Педерсена, Кузнецова-Жуков­ского) и доменных печах с целью получения алюмината в твер­дом виде. Затем этот алюминат выщелачивается водой или рас­твором соды для получения водного раствора алюмината нат­рия, который и подвергается разложению.

В кислотных методах руда обрабатывается раство­ром минеральных кислот(H₂SO4, HCl, HNO₃, и т.д.), в резуль­тате чего содержащийся в ней глинозем превращается в соответствующую алюминиевую соль (Al₂(SO₄)₃, AlCl₃ и т. д.) разложе­нием которой выделяется гидрат окиси алюминия; прокалива­нием последнего получается безводный глинозем.

Наконец, в электротермических методах глинозем получается плавкой руды (обыкновенно боксита) с углем в электропечах с целью восстановления примесей и получения плавленого глинозема (способы Холла и Хаглунда).

Большое число методов, предложенных для получения чи­стого глинозема, и их разнообразие вызваны, во-первых, нали­чием различных видов руд (бокситы, нефелины, алуниты, као­лины) и, во-вторых, большим или меньшим содержанием тех или иных примесей в этих рудах.

Выше мы уже отмечали, что в глиноземе как исходном ма­териале при электролитическом получении алюминия наиболее вредны примеси соединений элементов более электроположи­тельных, чем алюминий; такими примесями являются кремне­зем, а также окислы железа и титана.

В щелочных методах очистка глинозема от примесей железа и титана достаточно проста, так как их окислы практически не­растворимы в щелочных растворах и легко удаляются с твер­дым остатком. Поэтому окислы железа и титана в глиноземе являются преимущественно механическими загрязнениями вследствие неполного удаления красного шлама при фильтрации алюминатных растворов, ржавчины из трубопроводов, баков и пр.

Кремнезем, напротив, легко реагирует с щелочами, и значи­тельное содержание его в руде при переработке ее щелочными методами, помимо ухудшения качества (алюминия при электро­лизе, приводит к потерям мак щелочи, так и глинозема в крас­ный шлам. Поэтому для щелочных методов обычно требуется руда с низким содержанием кремнезема, количество же окис­лов железа и титана в данном случае не играет существенной роли.

В кислотных методах всегда в большей или меньшей степени имеет место растворение окислов железа и титана, но кремне­зем с кислотами почти не реагирует и может быть практически полностью отделен от раствора алюминиевой соли механиче­ским путем. Поведение же солей железа в кислотных растворах чрезвычайно близко к поведению солей алюминия. Полное уда­ление железа представляет в этом случае весьма трудную опе­рацию, и для кислотных методов поэтому применимы руды с низким содержанием железа, такие, как каолины, белые бокси­ты и др. Количество же кремнезема в них несущественно.

Кислотные методы в настоящее время почти не применяют­ся алюминиевой промышленностью для производства глинозе­м, предпочтение отдается щелочным методам. Этому препят­ствуют особенности самих кислотных методов, которые делают их более дорогими, нежели щелочные способы. Назовем важней­шие из этих особенностей:

1. кислоты по сравнению со щелочами являются обычно более дорогими продуктами;

2. полная очистка глинозема от примеси железа в кислот­ных методах представляет значительную сложность;

3.вся аппаратура должна быть кислотоупорной (свинцовой, керамической и пр.), а следовательно, является более дорогой, чем в щелочных методах, при которых аппаратура преимуще­ственно железная;

4. регенерация кислот связана со значительными затрудне­ниями и потерями, тогда как щелочи сравнительно легко и с достаточной полнотой могут быть снова возвращены в процесс.

Применение кислотных методов может оказаться, однако, целесообразным, например, при переработке сырья, дающего ряд ценных побочных продуктов. Основное достоинство кислот­ных методов заключается также в том, что они позволяют пе­рерабатывать на глинозем сырье с высоким содержанием крем­незема. Это, очевидно, прежде всего относится к каолинам, за­пасы которых представляют собой неисчерпаемую рудную ба­зу для алюминиевой промышленности.

Что касается электротермических методов, то основным усло­вием для возможности их промышленного осуществления яв­ляется наличие дешёвой электрической энергии. Указанное обстоятельство ограничивает применение электротермических ме­тодов для производства глинозема в алюминиевой промышлен­ности только немногими, единичными случаями.

Источник

История развития глиноземного производства

Автор: Пользователь скрыл имя, 10 Сентября 2012 в 19:58, реферат

Описание работы

По свидетельству греческого историка Геродота, жившего в V веке до н. э., древние народы применяли при крашении тканей для закрепления их цвета минеральную породу, которую они называли «алюмен», т. е. «свяжущая». Этой породой и были квасцы. Примерно к VIII—IX векам относятся первые упоминания об изготовлении квасцов в Древней Руси, где их также использовали для окраски тканей и приготовления сафьяновых кож. В средние века в Европе уже действовало несколько заводов для производства квасцов.

Содержание

Введение
Основное сырье для получения глинозема
Промышленные способы получения глинозема
Способ спекания
Способ Байера
Комбинированные щелочные способы производства глинозема из бокситов
Способ восстановительной плавки
Кислотные способы
Гидрогранатовая технология
История развития глиноземной промышленности в России
Перспективы развития глиноземной промышленности
Список литературы

Работа содержит 1 файл

История развития глиноземного производства.doc

Основное сырье для получения глинозема

Промышленные способы получения глинозема

Комбинированные щелочные способы производства глинозема из бокситов

Способ восстановительной плавки

История развития глиноземной промышленности в России

Перспективы развития глиноземной промышленности

Введение

Глинозем Al2O3 является основным сырьем для получения металлического алюминия, используется как абразивный материал, адсорбент и катализатор, а также в производстве огнеупорных материалов [1, стр. 22]. История развития глиноземной промышленности непосредственно связана с историей производства алюминия.

С глубокой древности и вплоть до 20 столетия алюминий был предметом роскоши, несмотря на то, что он является одним из самых распространенных металлов на Земле (около 8,6% массы земной коры). Дело в том, что в чистом виде алюминий практически не встречается в природе: он входит в состав глиняных квасцов, бокситов и других руд, переработка которых требует высоких энергозатрат. Алюминиевые самородки — явление редкое, поэтому алюминий в виде чистого металла жителям древнего мира был незнаком. А вот сами глиняные квасцы, содержащие Al2O3, широко применялись в хозяйстве. О квасцах упоминает в I веке Плиний. Он пишет, что «квасцы (alumen) почитаются за земляной разсол. Оных есть много родов… Когда хотят сообщить шерсти светлый цвет, то для сего пригоднейшие суть белые жидкие квасцы» [2, стр.452].

По свидетельству греческого историка Геродота, жившего в V веке до н. э., древние народы применяли при крашении тканей для закрепления их цвета минеральную породу, которую они называли «алюмен», т. е. «свяжущая». Этой породой и были квасцы. Примерно к VIII—IX векам относятся первые упоминания об изготовлении квасцов в Древней Руси, где их также использовали для окраски тканей и приготовления сафьяновых кож. В средние века в Европе уже действовало несколько заводов для производства квасцов.

В XVI веке известный немецкий врач и естествоиспытатель Парацельс Филипп Ауреол Теофраст Бомбаст фон Гогенгейм, исследуя различные вещества и минералы, в том числе квасцы, установил, что они «есть соль некоторой квасцовой земли», в состав которой входит окись неизвестного металла, впоследствии названная глиноземом.

Лежащая в основе квасцов земля, т. е. окисел металла, была выделена впервые в 1754 г. Маргграфом, который установил, что глина и квасцы содержат одно и то же вещество. Дэви попытался получить металл, скрывающийся в квасцах. В 1807 году ему удалось электролизом щелочей открыть натрий и калий, но разложить с помощью электрического тока глинозем он так и не сумел. Подобные же попытки предпринял спустя несколько лет швед Берцелиус, но и его работы не увенчались успехом. Несмотря на это, ученые все же решили дать «неподдающемуся» металлу имя: сначала Берцелиус назвал его алюмием, а затем Дэви изменил алюмий на алюминий. В России же в середине и даже в конце XIX в. в химической литературе алюминий часто называли глинием, а его окись до сих пор называют глиноземом.

Близким к производству квасцов являлось производство сернокислого глинозема, который в России впервые стал изготовляться на Варшавском заводе Гиршмана, Киевского и Шольце [2, стр. 512]. Его производили из окиси алюминия, полученной из криолита, растворением в серной кислоте. Это производство возникло в 50-х годах XIX века. В конце 70-х годов сернокислый глинозем начал вырабатывать Тентелевский химический завод в Петербурге. Там сначала использовали заграничное сырье (красные бокситы), а потом перешли на отечественную (боровичскую) глину.

В 1866 г. производство сернокислого глинозема возникло на заводе Шлиппе (Московская губ.). Промышленное же производство чистого глинозема началось в 90-х годах XIX века. Следует сказать, что основные способы производства глинозема были разработаны в конце XIX – начале XX веков. Выбор способа получения Al2O3 напрямую зависит от вида перерабатываемого сырья.

Основное сырье для получения глинозема

Самоочевидно, что далеко не всякое природное соединение алюминия можно рассматривать как алюминиевую руду. В середине и даже в конце XIX века в русской химической литературе алюминий часто называли глинием, его окись до сих пор называют глиноземом. В этих терминах — прямое указание на присутствие элемента № 13 в повсеместно распространенной глине. Но глина — достаточно сложный конгломерат трех окислов — глинозема, кремнезема и воды (плюс разные добавки); выделить из нее глинозем можно, но сделать это намного труднее, чем получить ту же окись алюминия из достаточно распространенной, обычно красно-бурого цвета горной породы, получившей свое название в честь местности Ле-Бо на юге Франции.

Эта порода — боксит содержит от 28 до 60 % Al2О3. Главное ее достоинство в том, что глинозема в ней, по меньшей мере, вдвое больше, чем кремнезема. А кремнезем — самая вредная в этом случае примесь, от нее избавиться труднее всего. Кроме этих окислов, боксит всегда содержит окись железа Fe2О3, бывают в нем также окислы титана, фосфора, марганца, кальция и магния.

В годы второй мировой войны, когда многим воюющим странам не хватало алюминия, полученного из боксита, использовали по необходимости и другие виды сырья: Италия получала алюминий из лавы Везувия, США и Германия — из каолиновых глин, Япония — из глинистых сланцев и алунита. Но обходился этот алюминий в среднем впятеро дороже алюминия из боксита, и после войны, когда были обнаружены колоссальные запасы этой породы в Африке, Южной Америке, а позже и в Австралии, почти вся алюминиевая промышленность мира вернулась к традиционному бокситовому сырью.

Промышленные способы получения глинозема

Из различных алюминиевых руд глинозем можно получить щелочными и кислотными способами вследствие наличия у него амфотерных свойств. В промышленности применяются пока только щелочные способы.

Промышленные щелочные способы производства глинозема из бокситов, нефелинов и алунитов подразделяются на: 1) гидрохимический (способ Байера); 2) способ спекания и 3) комбинированный способ – сочетание способа Байера со способом спекания в параллельном или последовательном варианте.

Для нефелиновых руд применяется только способ спекания с известняком или с известняком и содой. Выбор же способа переработки бокситов определяется следующими основными факторами: 1) кремневым модулем (отношение Al2O3 : SiO2); 2) содержанием Fe2O3; 3) содержанием вредных примесей: карбонатов, сульфидов и органических веществ и 4) минералогическим составом сырья. При прочих благоприятных условиях бокситы с кремневым модулем >6-7 целесообразно перерабатывать по способу Байера, бокситы с кремневым модулем 6-7 вследствие больших потерь каустической щелочи (переход ее в соду и сульфат натрия), плохого отстаивания красного шлама и загрязнения алюминатных растворов двухвалентным железом.

Способ Байера – самый дешевый и самый распространенный, однако для его осуществления требуются высококачественные бокситы. Способ спекания – наиболее дорогой, но более универсальный и может применяться к любому высококремнистому сырью [3, стр.62]. В последние годы с большим успехом применяются комбинированные щелочные способы. Параллельный вариант используют для термической каустификации соды и компенсации потерь дорогой каустической щелочи более дешевой содой; для спекательной ветви этого варианта может применяться как высококачественный байеровский боксит, так и спекательный. Последовательный вариант комбинированного способа по технико-экономическим показателям занимает промежуточное положение между способом Байера и способом спекания и применяется для высококремнистых бокситов для максимального извлечения из них глинозема.

Способ спекания

Впервые способ спекания был применен в 1858 г. Луи Ле-Шателье; он стал получать глинозем из бокситов, спекая их с содой и разлагая затем алюминатные растворы углекислым газом. Однако в таком виде способ не пригоден для переработки кремнистых бокситов из-за больших потерь Al2O3 и Na2O, а для высокосортных бокситов выгоднее способ Байера.

Мюллер (Германский патент № 12947, 1880 г.) предложил при спекании алюмосиликатов добавлять, кроме соды, магнезит или доломит для связывания кремнезема в силикаты щелочноземельных металлов, не растворимых в воде [3, стр.184].

Паккард (Германский патент № 182442, 1902 г.) рекомендовал следующий оптимальный состав шихты для спекания: CaO : SiO2 = 2,0; Na2O : Al2O3 = 2,0. Такое же молярное отношение CaO : SiO2 применяется и в настоящее время при производстве глинозема по способу спекания. Соду же согласно этим патентам рекомендовали вводить в большом избытке, так как имелось неправильное представление о составе алюмината, образующегося при взаимодействии Al2O3 с Na2СO3.

В 1897 г. Пеняков [2, стр.184] предложил способ спекания алюминатных руд с Na2SO4 в присутствии восстановителя, а в 1916 г. – способ спекания богатых кремнеземом руд только с одним известняком.

Всестороннее развитие и усовершенствование способа спекания применительно к высококремнистым бокситам, нефелинам и другим алюмосиликатным породам всецело связано с именами известных ученых. Под руководством А.А. Яковкина и И.С. Лилеева при участии В.А. Мазеля, Ф.Н. Строкова и др. был разработан способ спекания сухой боксито-известняково-содовой шихты. Этот способ был применен на Волховском алюминиевом заводе для переработки бокситов Тихвинского месторождения. Позднее по предложению В.А. Мазеля на Тихвинском[1] глиноземном заводе был осуществлен вариант спекания мокрой шихты. В настоящее время на этом заводе перерабатываются бокситы, содержащие около 43-45 % Al2O3, при кремневом модуле 3,0 – 3,5.

По способу спекания целесообразно перерабатывать бокситы с кремневым модулем

Источник