CC BY
39
54
НАУКА И ТЕХНИКА КАЗАХСТАНА
УДК 669.712.2
ОСНОВНЫЕ ПУТИ ПОВЫШЕНИЯ КРУПНОСТИ ГЛИНОЗЕМА и основы КРИСТАЛЛИЗАЦИИ ГИДРОКСИДА АЛЮМИНИЯ ПРИ ВЫКРУЧИВАНИИ АЛЮМИНАТНЫХ РАСТВОРОВ
К.Б. Масенов, М.М. Суюндиков, П.О. Быков
Павлодарский государственный университет им. С. Торайгырова
Мащлада са тдылсе[х)щ ipuiiain жогарьиатудыц неггзгi лсолдары мен aviKjMUHU ¿udpoKcudi кристалтпациясыныц неггян усынады.
В статье предлагаются основные пути повышения крупности глинозема и основы кристаллизации гидроксида алюминия.
The basic ways of increasing the alumina size and the grounds of aluminium hydroxide ciystallization are suggested in the article.
Знание скорости процессов, происходящих при разложении в процессе Байера, необходимо для эффективной оптимизации и управления процессом.
Одной из важнейших качественных характеристик глинозема являются дисперсный состав и прочность.
Основными параметрами при выделении гидроксида алюминия являются, концентрация каустической щелочи и пресыщение оксида алюминия, а также количество и качество затравочной гидроокиси. Эти параметры определяют качество готового продукта и экономическую эффективность технологии производства глинозема.
Содержание щелочи, так же как и прочность гидрата при прокалке, жестко реагируют на точность и сбалансированность параметров процесса декомпози-мость выбора и оптимизации следующих показателей:
- схемы декомпозиции и классификации гидрата:
- агломерации кристаллических зерен затравки;
- алгоритма автоматизированного управления параметрами;
- концентрации раствора, количество и качество затравки и температу рный режим.
N¿3, 2006 г.
55
Известно, что технологические параметры процесса декомпозиции суще-—ьенно влияют на технико-экономические показатели производства глинозема -. способу Байера.
С этой точки зрения любые работы направленные на интенсификацию про-_. :са. а также на совершенствование действующей и создание новой аппарату-: г, следует признать актуальными.
Химические свойства глинозема влияют, в основном, на чистоту получае-
■ого металла.
К физическим свойствам, которые играют значительную роль в элекгроли-_ чес ком производстве алюминия, необходимо отнети следующие факторы:
- гранулометрический состав;
- хорошая растворимость и хорошая текучесть;
- слабая тенденция к опылению.
Выполнение этих требовании позволяет, с одной стороны интенсифициро-мть технологический процесс электролиза благодаря лучшей растворимости 1-ого глинозема в электролите, а с другой стороны, повысить экологическую х ¿опасность за счет снижение опыления глинозема и увеличения его адсорбционной способности при использовании в газоочистных установках.
Эти свойства сильно связаны с морфологией и гранулометрическим распре-1; лением частиц глинозема, которые в свою очередь, сильно связаны с морфо-: ней и гранулометрическим распределением частиц полученных в процессе .^композиции.
Предлагаемые мною основные пути повышения крупности глинозема:
- очистка алюминатных растворов от примесей и исследование инициирующих добавок на разложения алюминатных растворов;
- предварительный обжиг низкокачественных бокситов;
- двух стадийная декомпозиция с использованием механизмов агломера-_ии и линейного роста кристаллов для ускорения роста и прочности гидрата;
- классификация продукционного и затравочного гидрата для повышения эф-: а ктивности агломерации и стабилизации крупности продукционного гидрата:
- агломерация кристаллов.
Агломерация кристаллов - это процесс, при котором несколько мелких кристаллов затравки объединяются вместе (физическая флокуляция), затем цемен--ируется гидроксидом алюминия, выделяющимся из алюминатного раствора кристаллическая агломерация) [1].
Факторы, влияющие на эффективность процесса агломерации:
- мелкая затравка;
56
НАУКА И ТЕХНИКА КАЗАХСТАНА
- отсутствие оксалата натрия на поверхности кристалла;
- низкое затравочное отношение;
- низки каустический модуль, высокая температура.
Агломерация - наиболее быстрый способ повышения крупности гидрата. При линейном росте кристаллов, скорость роста составляет 1-5 мкм в сутки, а наработка фракции +45мкм составляет в среднем 7% в сутки.
Реальный путь укрупнения гидрата - увеличение доли алюминатного раствора, направляемою на агломерацию.
Процесс разложения щелочно-алюминатных растворов осуществляли в де-композере объемом 3000 дм3 с совмещенным воздушно-механическим перемешиванием, причем сжатый воздух подавали снизу через диспергатор, выполненный из крестообразных перфорированных труб и одновременно проводили механическое перемешивание мешалкой [2].
С помощью терморегулятора автоматически понижали температурный режим от 62 до 52 градусов. Точность измерений плюс -минус 0,1 градус.
Целью исследований было изучение возможности агломерации кристаллических зерен затравки в условиях, соответствующих технологии разложения алюминатных растворов на АО «АК». В качестве исходной затравки был использован мелкодисперсный гидроксид алюминия, который представлял собой тонкодисперсные зерна размером порядка 1мкм с удельной поверхностью уд =2.4 м/г (N0 =66,25410-12 шт/кг).
Степень агломерации рассчитывали по формуле:
0= 100х(Ш-№с)/Ш,
Анализируя полученные данные определено, что мелкодисперсный гидроксид алюминия хорошо агломерируется в растворах с высоким каустическим модулем и повышенной концентрации щелочи.
Агломерирование гидроксида алюминия происходить при его кристаллизации из щелочно-алюминатных растворов с повышенной концентрацией Ыа203 (140-155 кг/ мЗ) и каустическим модулем (1,65-1,75). Причем степень агломерации зависит от температуры и количества затравочного материала. С ростом массы затравки снижается степень агломерации. Наиболее оптимальными параметрами процесса в этих условиях являются температура 63-65°С и масса затравочных зерен 80-120 кг/м3.
Зависимость степени агломерации от массы затравки объясняется следующим образом.
При уменьшении массы затравки наиболее легко протекает первая стадия агломерации образование коагутяционного контакта в результате броуновских
№3, 2006 г.
57
соударений и статистического образования наиболее активных коагуляционных _ентров на поверхности затравочных кристаллов.
На второй стадии агломерации (стадии кристаллизационного контакта) посредством флукту анионного возникновения мостиков требуется гораздо меньшее количество зародышей гидроксида алюминия, выделяющихся из раствора з твердую фазу. Движущей силой агломерации является стремление дисперсной системы уменьшить свою поверхностную энергию (энергию Гиббса) и перейти к более устойчивому состоянию.
Понижение поверхностной энергии происходит за счет образования контактов между поверхностью кристаллических зерен.
С ростом температуры и массы затравочного гидроксида алюминия эффективность кристаллизации возрастает, повышается значение скорости линейного тоста и константа скорости осаждения кристаллов.
Это хорошо объясняется с точки зрения термодинамической теории роста -ристаллов. На границе раздела фаз существует тонкий адсорбционный слой, -эторый образуется следующим образом. Частицы кристаллизующего вещества. достигая поверхности растущего кристалла, теряют только часть своей •:сргии. Поэтому после отложения на поверхности они еще сохраняют некото-ру ю свободу в движении, скользя по поверхности подобно молеку лам двумер--:; го газа. Равновесие между адсорбционным слоем и раствором устанавливается моментально [3].
Скорость роста кристалла определяется скоростью перехода частиц из адсорбционного слоя в кристаллическую решетку. Соударение между частицами, . т-ставляющих адсорбционный слой, приводит к образованию двумерных зародышей. Они разрастаются, образуя новый кристаллический слой. Время, затачиваемое на образование слоя из зародыша, значительно меньше времени, -.обходимого для возникновения нового двумерного зародыша.
Таким образом, рост кристаллов, в конечном счете, лимитируется процессу образования двумерных зародышей.
ЛИТЕРАТУРА:
1 Тезисы научно-практической конференции «Алюминий Урала-2003»-. Крас-- туринск, 2003,25 с.
2 Масенов К Б., Ковзаленко В А. и др. Способ разложения алюминатных .створов. Заявка на изобретение№2003/1264.1 от 19.09.2003.
З.ХанскийЕ.В Кристаллизация из растворов. Л., 1967. 151с.
