Боксит и глинозем Глинозем (оксид алюминия Al2O3) - тонкий белый материал, внешне похожий на соль. В то время как оксид алюминия используется в абразивной, керамической и перерабатывающей промышленности, Queensland Alumina Limited производит только марки тугоплавкого глинозема для владельцев перерабатывающих заводов в Австралии и за границей.
Процесс QAL разрабатывался, чтобы перерабатывать боксит, залегающий в Вейпе и Северном Квинсленде. Обширные залежи этой руды формовались под воздействием погодных условий на песок и камень миллионы лет тому назад, увеличивая содержание глинозема, в то время, как другие более растворимые элементы исчезли.
Боксит залегает близко к поверхности с слоями от одного до девяти метров, в виде красноватой гальки. Руда транспортируется в Глэдстоун "beneficiation", для переработки низкосортного материала, в обогащенную массу.
Процесс Байера Процесс Байера - экономичный метод создания глинозема - был разработан австрийским химиком Карлом Байером и запатентован в 1887.
В процессе разлагаются алюминиевые компоненты боксита в каустической соде; удаляются примеси; и выпадает осадок тригидрата алюминия, который потом кальцинируется в оксид алюминия.
В принципе, установка для проведения процесса Байера - прибор для нагревания и охлаждения большого рециркулирующего потока каустической соды. Боксит добавляется при высокой температуре, при средней температуре отделяется красный налет, и в низкотемпературном промежутке цикла выделяется оксид алюминия.
Бокситы обычно состоят из двух форм оксида алюминия - моногидратная форма (Al2O3.H2O) и тригидратная форма (Al2O3.3H2O).
QAL использует Процесс Байера, для переработки двух марок боксита Weipa, большая часть которого - боксит марки "моногидрата".
Boehmite требует высоких температур (выше 200°C) для распада в растворе 10% гидроксида натрия.
Тригидрат боксита - большей частью Gibbsite, распадающийся в 10% растворе гидроксида натрия при температурах ниже 150°C.
Поэтому, моногидрат боксита подвергается высокотемпературному извлечению под давлением в камере, пока тригидрат боксита добавляется, как «подслащивающий боксит» в камере с температурой менее 200°C.
Конструкция установки соответствует требованию плавильщиков грубого или песчаного оксида алюминия для превращения в алюминий. Соотношение, с которым образуется глинозем - около одной тонны оксида алюминия к 2.2 тоннам боксита.
Для того, чтобы доставить глинозем к складам заводов, проходит до 2,5 дней.
На заводе QAL циркулируется около 550 миллионов литров каустической соды по четырем стадиям, функции которых объясняются в следующей инструкции к процессу.
ПЕРЕРАБОТКА БОКСИТОВ Размол: Pisolitic, моногидрат боксита, размером не более 20mm, закладывается в 10 мельниц (в отношении стержней и шаров один к одному) для обеспечения лучшего твердожидкостного контакта в процессе переработки. Отработанная каустическая сода применяется в производстве жидкой глины, и вводится известь для контроля концентрации фосфата и налета.
Удаление кремнезема: На кремнеземные компоненты боксита химически воздействует каустическая сода, что приводит к потере глиноземаи соды, в твердом виде. Для удаления кремнезема из жидкой глины, она нагревается при атмосферном давлении в резервуарах предварительной пропитки, снижая повышение уровня в резервуарах и трубах. Большинство продуктов десиликации успешно выходят с отходами реакции в виде смесей силикатов натриевого алюминия.
Переработка: Завод имеет три установки для переработки. Моногидрат жидкой глины качают насосами высокого давления через два перемешивающих вертикальных перерабатывающих сосуда, работающие последовательно. Перемешанный с паром и каустической содой, глинозем в виде боксита формует концентрированный натриевый алюминат, при этом нерастворенные примеси, главным образом инертное железо и окислы титанов и смеси кремнеземов выпадают в осадок. Необходимы следующие параметры, при которых будет выделяться моногидрат глинозема: 250°C и давление около 3500 kПa, достигаемые благодаря пару, вырабатываемому при давлении 5000 kПa в котлах, в которых сжигают уголь.
При этих условиях, химические реакции протекают быстро:
При оптимальном времени выдержки в сосудах, выделяется около 97% глинозема и содержание кремнезема в жидкости уменьшается.
Рекуперация тепла: После переработки около 30% бокситов по массе остается в суспензии, в виде тонкой красной жидкой глины, и оксидов железа и титана. Насыщенная осадком жидкость, покидающая перерабатывающий сосуд, мгновенно охлаждается до температуры кипения при атмосферном давлении, путем прохождения через серии судов, в которых давление уменьшается по ходу движения.
Производимый пар используется, чтобы подогреть поступающий каустическую жидкость в трубчатом теплообменнике расположенном параллельно к оси резервуара. Конденсат, образующийся в теплообменнике, используется для питания котла и мытья налета.
Подслащивание: Тригидрат боксита проходит сепаратный размол и предварительную пропитку. Проходя через резервуары, впрыскивается дополнительная жидкая глина боксита с высоким содержимым тригидрата оксида алюминия, чтобы максимизировать содержимое оксида алюминия в потоке жидкости. Это происходит в соответствующих сосудах, когда жидкая глина после переработки охлаждается до температуры, менее 200°C
ОСВЕТЛЕНИЕ ПОТОКА ЖИДКОСТИ Отстойники: Большинство красных твердых частиц налета отделяются от потока жидкости в отстойных резервуарах диаметром 40 м. В поток питания отстойника добавляются флокулянты, чтобы увеличить скорость выделения налета, и достичь хорошей прозрачности в конечном потоке.
Мойки: Налет вымывается встречно-текущей свежей водой в смесителях, чтобы регенерировать соду и содержимое оксида алюминия в налете, прежде чем его откачают к большим перегородкам на острове Бойн.
Для удаления карбоната(Na2CO3), который образуется при мытье с примесями боксита, а также из атмосферы и который уменьшает эффективность выделения глинозема из смеси, в процессе промывки к разбавленной каустической жидкости добавляется гашеная известь. Известь регенерирует каустическую соду, позволяя нерастворимому карбонату кальция быть удаленным вместе с налетом.
Фильтры: Жидкость в отстойниках, содержащая следы тонкого налета, фильтруется в фильтрах Келли с постоянным давлением, в которых используюется полипропиленовая ткань. Гашеная жидкая глина извести используется, чтобы производить корку фильтра. Частицы налетов держатся на втулках фильтров для удаления и пропитки налетов в мойках, когда фильтры последовательно сняты.
Теплообмен: Со всеми удаленными твердыми частицами, обогащенная смесь, покидающая фильтр, перенасыщена оксидом алюминия. Она охлаждается мгновенным испарением, образовавшийся пар используется для нагрева жидкости, которая возвращается на переработку.
ОСАЖДЕНИЕ ГИДРАТА ГЛИНОЗЕМА Кристаллизация: Выделившийся оксид алюминия выпадает в осадок в виде кристаллов. Осадок оксидов алюминия, как тригидрат Al2O3 .3H2O в реакции, которая является обратной реакции переработки тригидрата
Охлажденная насыщенная жидкость течет в резервуары, где осаждаются кристаллы тригидрата алюминия, средних или мелких размеров, для поддержания роста кристаллов. Каждый резервуар осаждения вращается, с выдержкой времени около трех часов. В течение 25-30 часов после осаждения, образуется оксид алюминия различных кристаллических размеров. Температура входа и температурный градиент ряда, размер зерна кристаллизации и концентрация каустической соды являются контрольными переменными, используемые для достижения распределения требуемого размера частицы в продукте.
Так как правильный размер частицы важен в плавильной технологии, он тщательно контролируется. Установка осаждения QAL была разработана для непрерывного действия с целью производства "песчаного" или грубого оксида алюминия.
Классификация: Окончательная смесь кристаллических размеров отделяется от потока жидкости и отделяется в трех «центробежных» резервуарах в зависимости от размеров. Первоначальные классификаторы собирают грубую фракцию, которая становится гидратом продукта. Средние и тонкие кристаллы второго и третьего классификатора вымываются и возвращаются в осадочные резервуары, в качестве основ кристаллизации.
Отработанная жидкость: Отработанная каустическая жидкость, свободная от твердых частиц третичных классификаторов, возвращается через стадию испарения где концентрации меняются, нагревается и перерабатывается заново, чтобы выделить больше оксида алюминия при переработке. Свежая каустическая сода добавляется к потоку, чтобы возместить потери процесса.
РАСЧЕТ ГЛИНОЗЕМА Отмывка: Жидкая глина грубого гидрата (Al2O3.3H2O) от первоначальных загущающих агентов закачивается в резервуары хранения гидрата, фильтруется и вымывается на вакуумных фильтрах горизонтального типа, чтобы удалить жидкость из процесса.
Кальцинирование: Окончательный фильтр разделяется на кальцинированные частицы - 1800 тонн в день циркулирующего псевдоожиженного кальцинированного слоя с помощью одной из девяти ротационных печей 100 м в длину и 4 м в диаметре. Питающий материал кальцинируется, чтобы удалить свободную влагу и химически комбинируемую воду. В зоне факела, путем сжигания природного газа, достигаются температуры выше 1100°C. В циркулирующем псевдоожиженном кальцинированном слое получается больший энергетический эффект, чем в старых ротационных печах. Конечные частицы песчаного глинозема размером 90%+ 45 мк (микрон).
Охлаждение: Ротационные или спутниковые холодильники используются, чтобы охладить кальцинированный оксид алюминия после ротационных печей, и, чтобы предварительно нагреть вторичный горячий воздух для печей. Холодильники псевдоожиженного слоя далее опускают температуру глинозема ниже 90°C перед разгрузкой на конвейера, которые доставят его к складам, где он накапливается для отправки.