Извлечение железа из "красного шлама" процесса фирмы "Байер"

Введение

Для очистки бокситов в настоящее время широкое применение находит процесс фирмы «Байер». Согласно этому процессу добываемые бокситы мелко измельчают и обрабатывают в автоклавах горячим раствором каустической соды, в результате чего алюминий переходит в раствор в виде алюмината натрия. Каустик и растворимый алюминат натрия отделяют от нерастворимого остатка путем отстаивания и фильтрации. Остаток, так называемый красный шлам, образуется в количестве 3 т на каждую тонну получаемого алюминия. Частицы шлама имеют очень малые размеры (менее микрометра).

Глава 1. Байер-процесс

Основным этапом получения глинозема из бокситовой руды является извлечение из неё гидроокиси алюминия. Наиболее простым и распространенным способом извлечения из боксита гидроокиси алюминия является способ, предложенный Байером и называемый Байер-процессом. Он основан на следующем химическом свойстве гидрата окиси алюминия: кристаллическая гидроокись алюминия, входящая в состав боксита, хорошо растворяется при высокой температуре в растворе едкого натра (каустической щелочи, NaOH), высокой концентрации, а при понижении температуры и концентрации раствора вновь кристаллизуется. Бесполезные для получения алюминия вещества, входящие в состав боксита (так называемый, балласт) не переходят при этом в растворимую форму или перекристаллизовываются и выпадают в осадок до того, как производится кристаллизация гидроокиси алюминия. Поэтому после растворения гидроокиси алюминия балласт может быть отделен и удален в отвал. Очищенный от посторонних примесей раствор гидроокиси алюминия в щелочи (представляющий собой, в основном, раствор алюмината натрия NaAlO2 подвергается кристаллизации. С этой целью концентрация щелочи и температура раствора понижаются до определенных значений, являющихся оптимальными для получения кристаллической гидроокиси алюминия. Кристаллизация существенно ускоряется, если в растворе уже присутствуют кристаллы гидроокиси алюминия достаточной крупности (зародыши). Поэтому на этом этапе в раствор специально вводят определенное количество мелкокристаллической гидроокиси алюминия, называемое затравкой. После достаточной степени кристаллизации производится отделение твердой гидроокиси от раствора. Глинозем (Al2O3) получается из гидроокиси алюминия (Al(OH)3) прокаливанием в печах последнего (кальцинацией) для удаления связанной воды.

Организация производства

Необходимым условием производства глинозема является контроль и соблюдение параметров веществ и процессов на всех этапах производства, начиная от подачи в него боксита и кончая выгрузкой готового глинозема. К ним, в частности, относятся: тонкость помола, концентрация щелочи, температура, давление, расход жидких и твердых веществ, расход энергоносителей и их параметры, крупность затравки и многое другое. Получают эти данные еще на стадии проектирования завода посредством многочисленных теоретических расчетов и экспериментальных проверок и корректируют их после пуска производства. Контроль за соблюдением технологии осуществляется постоянно специально лабораторией, а соблюдение условий производства является основной функцией инженерно-технического персонала и рабочих.

Переделом называется участок производства, выполняющий определенную функцию в процессе получения глинозема из руды. Различают переделы: размола дли измельчения); выщелачивания; осаждения и фильтрации красного шлама; разложения (декомпозиции) алюминатного раствора; фильтрация гидрата окиси алюминия; сушки и прокаливания гидроокиси алюминия получением глинозема; выпарки, и иногда другие. Каждый передел оформлен аппаратурно в условно-независимую группу устройств, обслуживаемую специализированными работниками.

Важной составной частью производства является энергетическое хозяйство, поставляющее электроэнергию, тепло и пар для подогрева растворов и сухих веществ.

Глиноземное производство эксплуатирует очень большое число различных насосов и единиц запорной арматуры, и от их надежности существенным образом зависит стабильность производства. Сегодняшнее производство глинозема в значительной мере автоматизировано. Это существенно облегчает управление процессами, но требует более квалифицированного персонала для обслуживания.

Механическая обработка руды

Механическая обработка руды заключается в её добыче, измельчении и подаче на этап химической переработки.

Добыча при большой твердости руды включает в себя взрыв породы, погрузку её экскаватором или другим подъёмным устройством на грузовую машину или транспортер и перенос этой руды в бункера дробилок. Дробление заключается в превращении крупных кусков породы в более мелкие (размером порядка 5 миллиметров ). Затем порода сепарируется: часть руды, состоящая из кусков не более определенного размера, отбирается специальными устройствами, и транспортерами подается на мельницы; оставшаяся часть возвращается на повторное дробление.

В мельницах производится более тонкое измельчение руды (на куски размером не более нескольких миллиметров). Размолотая руда заем классифицируется, разделяется по крупности (обычно на ситах) и мелкая её часть (фракция) подается на химическую переработку.

Химико-технологическая переработка руды

Щелочью может быть названа не гидроксильная группа NaOH (каустическая щелочь), а окисел, входящий в неё, т.е. Na2О; причем, поскольку такой же окисел южно выделить в составе карбонатных (углеродных) солей Na2CO3 (соды), K2СO3 , то принято обозначение Na2Ocu каустической щелочи и Na2Ocar для карбонатной щелочи. Эти же обозначения используются для записи содержания вещества в растворе. Совместное содержание натриевой и калиевой щелочи (KОН) обозначается Na2Ogen или R2Ogen. При необходимости выяснить содержание именно NaOH {или Na2CO3) производится пересчет по соответствующему соотношению (например, или Na2О + H2O = 2NaOH).

В производственной практике часто используются сокращенные названия вводимых соотношений. Например, отношение по массе жидкой и твердой фазы в пульпе или суспензии обозначается «Ж:Т» и произносится «ЖЕ-К-ТЭ»; каустический модуль часто кратко называется "альфа-ку", т.п.

Мокрый помол

В случае мягкой и пористой руды химическая обработка начинается с загрузки измельченного боксита в бак, снабженный перемешивающим устройством (так называемую, начальную мешалку) и наполненный предварительно щелочным раствором определенной концентрации (например, для диаспоровой руды до 280-300 г/л),

В случае твердой, закристаллизованной руды химическая обработка часто начинается с, так называемой, мельницей мокрого помола. Мельница мокрого помола, практически, представляет собой шаровую мельницу, т.е. закрытый металлический цилиндр, расположенный горизонтально, в котором свободно располагаются металлические шары. мельница может быть секционирована внутренними перегородками, и 1 каждой секции помещаются шары определенного размера - от крупных ,о мелких. Но в отличие от обычной шаровой мельницы помол в мельнице мокрого помола производится в присутствии раствора щелочи при отношении ж:т, равном 0,8:1,2; к диаспоровым бокситам иногда добавляют 3-5% извести Ca(OH)2).

Мельница мокрого помола может работать периодически, но в производстве обычно используются мельницы непрерывного действия с отбором определенной части измельченной руды совместно с щелочью (такая смесь называется пульпой). Отбор осуществляется либо непосредственно из мельницы, либо на выходе классификатора. Полученная пульпа с частицами, уже пропитанными щелочным раствором, в дальнейшем быстрей проходит химические превращения (вскрывается), чем сухая порода, засыпаемая в начальную мешалку. Вскрываемость бокситов определяется также следующими факторами: минералогическим составом, строением породы, плотностью, твердостью, распределением примесей и строением бокситов. Диаспоровые бокситы относятся к наиболее трудно вскрываемым, гиббситовые - к наиболее легко вскрываемым, а все остальные типы занимают промежуточное положение, этим связана технология переработки, в частности, выбор условий выщелачивания (растворения гидроокиси алюминия). Например, нижняя температура выщелачивания определяется тем, что гиббсит хорошо растворяется в щелочи при 100-105°С, бемит - при 150-200°С, а диаспор том же растворе растворяется при температуре выше 200°С (температура растворения зависит также от концентрации раствора щелочи; подробнее об этом мы будем говорить в дальнейшем).

Пульпа из мешалки мокрого помола закачивается центробежными насосами в начальную мешалку, в которую добавляется так называемый оборотный раствор алюмината натрия для создания нужной концентрации раствора (280-300 г/л по щелочи) и нужного отношения ж:т.

Количество щелочи (Na2Ocu в кг) необходимой для выщелачивания 1т боксита при расчетном (теоретическом) выходе глинозема и заданном каустическом отношении алюминатного раствора называется щелочным числом и определяется по формуле:

,

где N - щелочное число, S - содержание (кг) кремнезема SiO2 в 1т боксита, - кремневый модуль боксита.

Зная каустический модуль оборотного раствора , и содержание (концентрацию) m Na2Ocu в оборотном растворе (кг/м3) можно рассчитать объем Vоб оборотного раствора, необходимый для создания пульпы для выщелачивания 1т боксита:

,

Выдержка и обескремнивание

В начальной мешалке пульпа нагревается до температуры 90-95°С, а иногда до 90-95°С (эта температура может быть выше температуры кипения воды при том же давлении за счет физико-химической температурной депрессии; температура кипения воды при нормальном давлении составляет 100°С, а 4-5°С приходятся на температурную депрессию). Здесь, практически, начинаются химические процессы получения глинозема.

Прежде, чем переходить к дальнейшему описанию технологии производства, представим в кратком, но удобном виде схему химических реакций, сопровождающих процессы переработки боксита.

Стрелками показано взаимодействие веществ друг с другом. Номера при стрелках указывают и маркируют движение веществ в процессах.

Пульпа, приготовленная в начальной мешалке (так называемая, "сырая пульпа") согласно технологии байер-процесса должна быть выдержана при температуре 95-105°С в течении 4-8 часов (срок выдержки определяется содержанием в руде кремнезема SiO2).

В непрерывном производстве для набора достаточного количества часов выдержки используются несколько мешалок, через которые пульпа протекает последовательно.

В процессе выдержки сырой пульпы реакция растворения гидроокиси алюминия в щелочи (под маркером I) идет очень медленно. Но начинается реакция связывания кремнезема щелочью в Na2SiO3 (маркер 2) с дальнейшим образованием выпадающего в осадок гидроалюмосиликата натрия (сокращено ГАСН'а), средний состав которого можно описать формулой Na2О. Al2O3.1,7 SiO2.2 H2O. При 4-8 часовой выдержке часть кремния связывается в ГАСН и выпадает в осадок. Оставшаяся часть связывается в ГАСН на следующем переделе - выщелачивания пульпы. Начинать обескремнивание именно на данном этапе необходимо для предохранения от зарастания теплообменников и автоклавов передела выщелачивания. В этом случае кристаллизация ГАСН происходит во взвешенном состоянии, а не на теплообменных поверхностях. Очистка же от осадка теплообменных поверхностей в начальных мешалках не представляет значительного.

Обескремнивание является процессом необходимым для удаления из боксита кремнезема, который в противном случае может попасть в глинозем. Но при этом в ГАСН отбирается и часть алюминия и, следовательно, сокращается выход (т.е. процент извлечения) глинозема из боксита. Поскольку, практически, ни с какими другими веществами, содержащимися в боксите, гидроокись алюминия не связывается в нерастворимые осадки, то основные потери глинозема в производстве связаны с образованием ГАСН. Если в руде содержится в среднем более 7% кремнезема, производство глинозема может быть нерентабельным.

Зная содержание кремнезема в боксите, можно посчитать теоретический выход глинозема, т.е. сколько глинозема можно, извлечь из данной руды без учета потерь в производстве. Практически, выход глинозема определяется величиной кремневого модуля (или кремневого отношения) , равным отношению содержания глинозема { Al2O3) к содержанию кремнезема (SiO2) в боксите:

 , (I)

Теоретический выход глинозема с хорошей точностью можно определить о формуле:

(2)

Следует также отметить, что вместе в ГЛСН в отходы уходит также и часть щелочи. Химические потери Na2Ocu (кг) в составе твердого отмытого ГАСН'а можно вычислить по формуле (на 1т глинозема):

, (3)

Величина практического выхода глинозема определяется тем, сколько глинозема уходит в отвал вместе с красным шламом (соответствующие расчетные формулы приведены в главе, посвященной осаждению красного шлама).

Выщелачивание

Растворимость кристаллической гидроокиси алюминия в щелочи зависит от сорта гидроокиси, концентрации щелочи, температуры пульпы и отношения мольных концентраций (содержаний) глинозема и щелочи в растворе. Последняя величина называется каустическим модулем :

, (4)

где через обозначены соответствующие мольные (г/моль), а через m массовые (г/л) концентрации соответствующих веществ.

Высокотемпературные трубчатые выщелачиватели

Выщелачивание при температуре свыше 280°С принято называть высокотемпературным. Автоклавное высокотемпературное выщелачивание не нашло распространения из-за дороговизны автоклавов, работающих при давлении 60-100 атм. Высокотемпературное выщелачивание начало распространяться только после разработки (в ФРГ) установки трубчатого выщелачивания, в которой выщелачивание происходит при движении пульпы в трубе большой длины (до 1 км). Длина трубы определяется производительностью и временем выдержки. Нагрев осуществляется за счет теплообмена по принципу "труба-в-трубе" (основная труба заключена в другую трубу). Теплоноситель (горячий пар или вареная пульпа) движется в межтрубном пространстве.

Преимущества трубчатого выщелачивания перед автоклавным следующие:

1. простота, поскольку для его изготовления используются серийные трубы высокого давления, а не толстостенные сосуды из нержавеющей стали, проектируемые и изготавливаемые по специальному заказу;

2. отсутствие необходимости в перемешивающих устройствах: здесь

пульпа перемешивается за счет турбулентности, двигаясь по трубам малого сечения;

3. для нагрева пульпы служит почти вся поверхность трубы, а не только поверхность теплообменных трубок, как это имеет место в автоклавах.

К недостаткам трубчатого выщелачивателя можно отнести следующие:

I). Большая площадь размещения трубы (но она может быть сокращена, если трубу располагать в нескольких уровнях);

2) трудность очистки внутренних поверхностей от осадков; в данном случае малоприемлемым является механический способ очистки и преимущественно используется химическая очистка посредством специальных реагентов; но это удорожает производство и вызывает экологические проблемы.

Самоиспарители и сепараторы

В состав аппаратуры передела выщелачивания входят самоиспарители пульпы, снабженные сепараторами пара. Они составляют батарею, параллельную батарее автоклавов или расположенную вдоль трубчатого выщелачивателя. Самоиспарители представляют собой сосуды высокого давления, снабженные специальными устройствами. Каждый самоиспаритель в батарее, начиная с первого, в который поступает пульпа из последнего автоклава, работает при давлении и температуре более низких, чем предыдущий. Батарея самоиспарителей выполняет две функции:

1) снижает давление и температуру пульпы до обычных (I атм, 95-100°С) значений с тем, чтобы можно было продолжать дальнейшую обработку пульпы в открытых сосудах;

2) возвращает (рекуперирует) энергию, затраченную на нагревании пульпы в автоклавы.

В настоящее время циркуляция тепла на переделе выщелачивания усовершенствована настолько, что до 80% затраченного тепла возвращается в систему, и только около 20% тепла, используемого при выщелачивании, вводится от источника теплоснабжения. Нагрев осуществляется обычно паром, поставляемым паровой котельной (реже нагрев осуществляется каким-либо высокотемпературным органическим теплоносителем - ВОТ).

Самоиспаритель представляет собой сосуд высокого давления, в который пульпа поступает через специальный автоматический игольчатый регулятор, изготовленный из абразийностойких металлов. В самоиспарителе поддерживается давление ниже давления пульпы на его входе. Сечение отверстия регулятора подбирается таким, чтобы давление в батарее выщелачивания не упало ниже заданной величины. Выходя из регулятора с большой скоростью в пространство с давлением, ниже давления кипения, раствор пульпы вскипает и частично разбрызгивается. В результате этого происходит сильное пароотделение. При этом пар собирается в верхней части самоиспарителя, а пульпа в нижней. Для улавливания брызг, которые могут увлечься паром и загрязнить его, ставятся специальные пластины, жалюзи - брызгоулавливатели. Система отделения пара от жидкости называется сепаратором.

Из-за технических причин (износ регулятора, увеличение объемов паросборников и т.п.) понижения давления на каждом самоиспарителе производится на небольшую величину, обычно на 10-15 атмосфер. Из первого самоиспарителя пульпа поступает во второй, где происходят те же процессы и отделяется пар более низкой температуры, и т.д. В одной батарее устанавливается до 6-8 самоиспарителей. Пар от каждого самоиспарителя поступает в автоклав или нагреватель. Проходя по теплообменным трубкам и отдавая тепло, пар охлаждается и конденсируется. Образовавшаяся горячая вода (конденсат) по трубе - конденсатоотводчику - поступает в конденсатор - специальный сосуд для сбора конденсата.

Количество конденсаторов обычно равно количеству автоклавов. В конденсаторах также создаются условия для самоиспарения перегретой воды (понижение давления), и образовавшийся пар подается на следующий автоклав, с более низкой температурой нагрева, чем предыдущий. И батарея самоиспарителей, и батарея конденсаторов работают в отношении батареи автоклавов и нагревателей обычно в противотоке, т.е. пульпа движется в сторону повышения, а пар - навстречу ей, в сторону понижения температуры.

Таким образом, тепло нагретой пульпы, за исключением той части, которая через поверхность уходит в окружающее пространство, возвращается в систему. Для сокращения потерь тепла через поверхность труб и аппаратов её покрывают толстыми слоями теплоизоляции.

Передел осаждения красного шлама

Из последнего самоиспарителя "свареная" пульпа попадает при температуре около 95°С в накопительный бак с мешалкой (говорят просто, "в мешалку"). Эта пульпа состоит из алюминатного раствора, содержащего до 260 г/л Na2Ocu и до 250 г/л Al2O3 нерастворимого осадка, частично находящегося в этом растворе

Осадок этот состоит из ГАСН, Fe2O3 , TiO2 и прочих окислов. Окись железа придает осадку красный цвет, в связи с чем осадок называют "красным шламом". Полезным продуктом в этой пульпе является только раствор алюмината натрия. И поэтому следующей задачей после выщелачивания является задача отделения раствора от красного шлама.

Наиболее дешевым методом отделения твердых частиц от раствора является осаждение, т.е. процесс накопления твердого осадка на дне сосуда за счет его постепенного падения в жидкости. Этот метод прост по аппаратурному оформлению, надежен и не требует значительных энергетических затрат.

Частицы красного шлама имеют довольно малые размеры - в среднем от I до 200-300 мкм, максимально до 2000 мкм. Поэтому падение их является процессом медленным. Для выпадения большой массы осадка в сравнительно сжатые сроки необходимы большие площади осаждения при малой высоте падения. Скорость падения частиц возрастает с понижением концентрации раствора и его температуры. Поэтому пульпу перед осаждением разбавляют и охлаждают до определенных значений концентрации и температуры. Кроме того, для ускорения осаждения используют специальные добавки - флокулянты. Для разбавления и охлаждения используют не чистую воду, а так называемую, "промывную воду" (промводу) - слабый щелочной раствор алюмината натрия, полученный от промывки красного шлама. Использование промводы, во-первых, сокращает потери чистой воды, а во-вторых, возвращает в оборот гидроокись алюминия и и щелочь, поглощенные (абсорбированные) красным шламом.

Аппараты для осаждения представляют собой сосуды (чаны) с довольно большой площадью сечения ("зеркалом" раствора). С целью увеличения общей рабочей поверхности и одновременно уменьшения высоты осаждения эти сосуды секционируют (разделяют) несколькими горизонтальными перегородками - днищами. В каждой секции осаждение происходит, практически, независимо, а результаты работы складываются. Твердый осадок со дна каждой секции удается автоматически специальными скребками, а очищенный раствор (слив) сливается в отдельный бак. Количество осадителей выбирают из расчета необходимой производительности системы.

Выход красного шлама приближенно можно определить по формуле

где k - выход красного шлама, кг на 1т боксита,

F, T и S - соответственно количества Fe2O3, TiO2, и SiO2 ( кг на 1т боксита)

В процентном исчислении выход красного шлама можно определить, зная содержание Fe2O3 в шламе:

где - выход красного шлама в %,

Fs - содержание Fe2O3 в шламе, кг на 1т.

К переделу осаждения красного шлама можно условно отнести, так называемую, "контрольную фильтрацию" - отделение очень мелких (менее I мкм) частиц из слива, полученного после осаждения красного шлама. Фильтрация в отличие от осаждения является, чаще всего, процессом принудительным. Он заключается в пропускании очищаемого раствора через пористую перегородку (ткань и пр.) под давлением. Размеры пор выбираются достаточно мелкими, чтобы задержать большую часть частиц. Фильтры имеют различные конструкции и могут быть классифицированы по множеству признаков: непрерывные и периодические, ленточные и барабанные, вакуумные и под избыточным давлением, и т.п.

Осадок с контрольной фильтрации обычно не промывают, чтобы не загрязнять промводу, а удаляют в отвал. Отфильтрованный раствор (фильтрат) отправляется на передел декомпозиции (разложения), красный шлам - на промывку.

Промывка красного шлама

Пропитанный раствором шлам, отделенный от алюминатного раствора на переделе осаждения, содержит до нескольких процентов от веса шлама щелочи и гидроокиси алюминия. Извлечение этих веществ производится промывкой шлама водой в несколько стадий. Каждая из них включает в себя размешивание шлама с водой (репульпацию) и последующее отделение шлама от образовавшегося раствора осаждением. Конструкция устройств для промывки шлама мало отличается от обычных осадителей. Для увеличения в промводе концентрации щелочи и алюмината натрия организуется противоточная схема промывки: чистая вода поступает в последний промыватель - сгуститель, а затем раствор проходит последовательно все остальные промыватели, все более насыщаясь щелочью и алюминатом натрия. Конечный раствор - промвода от промывки красного

Декомпозиция

Слив после осаждения красного шлама и контрольной фильтрации направляется на декомпозицию. Процесс декомпозиции называют также разложением или выкручиванием. Передел декомпозиции в технологическом отношении можно считать наиболее тонким местом производства глинозема. От того, насколько точно поддерживаются условия декомпозиции, зависит крупность и прочность кристаллов глинозема, а также устойчивость кристаллизации, т.е. весовой выход гидроокиси алюминия.

Декомпозиция, как мы отмечали состоит в том, что алюминатный раствор при относительно низких температурах (50-70°С) и концентрации щелочи (130-170г/л) и малом значении каустического модуля (=1,6-1,7) начинает самопроизвольно разлагаться на гидроокись алюминия Аl(ОН)3 и щелочь NаОН (этот процесс иногда называют гидролизом). Неравновесность этого процесса обеспечивается кристаллизацией гидроокиси алюминия и ростом кристаллов со временем. Для сдвига равновесия в раствор вводится затравка - некоторая масса мелких кристаллов, на которых начинают нарастать новые слои гидроокиси. В качестве затравки используется только свежая или промытая щелочью (активизированная) гидроокись алюминия.

Процесс роста кристаллов является очень медленным. На увеличение размера кристалла от I мкм до 50 мкм требуется от 50 до 70 часов Для обеспечения такой длительности выдержки раствор перетекает через несколько сосудов (декомпозеров) очень большой емкости (до 3000 м3). Рост кристаллов ускоряется при перемешивании раствора; поэтому декомпозеры снабжаются механическими (цепными и лопастными) или аэролифтными перемешивающими устройствами. В каждом декомпозере поддерживаются определенные индивидуальные условия. Из последнего декомпозера получают смесь раствора и твердых частиц (суспензию) для дальнейшей переработки.

Общие закономерности роста кристаллов следующие:

I) максимальную скорость рост кристаллов гидроокиси алюминия достигает при 30-40°С, но при этом кристаллы получаются довольно хрупкими и в дальнейшем легуо измельчаются. При более высокой температуре кристаллы растут медленнее, но становятся более прочными. Поэтому температуру в декомпозерах не понижают ниже 45°С, а в первом декомпозере поддерживают её на уровне 60-70°С. Постепенное понижение температуры благоприятствует равномерному разложению и получению крупнозернистой гидроокиси.

2) Каустический модуль раствора на декомпозиции, называемого маточным, в начале декомпозиции доводят до 1,5-1,7, а затем по мере выпадения кристаллов гидроокиси алюминия он повышается. При с(км =3,5 из раствора выделяется 50-52% всего глинозема. После этого скорость разложения резко падает и поэтому разложение обычно прекращают при = 3,3 - 3,6.

3) Для увеличения скорости роста кристаллов и улучшения их качества в раствор может быть добавлена щелочь, но из-за удорожания производства этот прием используется редко.

4) На росте кристаллов отрицательно сказывается наличие в растворе органических веществ, которые обволакивая кристаллы, замедляют их рост. Превышение концентрации органических веществ над определенным уровнем ведет к резкому падению выхода кристаллической гидроокиси алюминия. В связи с этим возникает необходимость следить за концентрацией органических веществ в декомпозерах и регулировать их уровень.

5) Разложение без затравки практически не используется. Причем скорость разложения существенно зависит не только от количества затравки, но и от крупности частиц в затравке. Количество затравки характеризуется, так называемым, "затравочным отношением"- отношением массы Al2O3 в затравке к массе Al2O3 в растворе. На затравку ще идет до 75% полученной (в результате декомпозиции) гидроокиси алюминия, и в первом декомпозере поддерживается затравочное отношение от 2 до 4. Существует минимальный размер кристалла ("зародышей" кристаллов), при котором начинается кристаллизация на его поверхности. Поэтому внесение затравки с частицами, меньше критического размера, практически бесполезно. Для затравки используют гидроокись с частицами от I до 80 мкм (в среднем - 40-60 мкм).

К переделу декомпозиции следует также отнести классификаторы, фильтры и другую аппаратуру, служащую для отделения кристаллов от раствора и их классификации (разделения) по крупности.

На переделе декомпозиции часто используется разделение (классификация) частиц по крупности во взвешенном состоянии, т.е. в потоках раствора. Для отбора частиц используют, как различие в скорости падения крупных и мелких частиц, так и разное их сопротивление при пересечении потоков жидкости. В результате этого в разных частях аппарата собираются разные по крупности частицы.

Окончательное отделение твердой части (фазы) от жидкой производится в обычных осадителях и фильтрах с отмывкой частиц в репульпаторах. Полученная влажная масса частиц высушивается. После этого, если не было предварительной классификации, производится рассеивание твердой фазы на ситах. При этом отделяются частицы крупнее 40 мкм. В среднем таких частиц насчитывается до 25% от общего веса твердой фазы. Эта часть гидроокиси алюминия используется для получения глинозема. Оставшиеся 75% мелкой гидроокиси алюминия вводятся в начало декомпозиции в качестве затравки.

Глава 2. Извлечение железа из «красного шлама» процесса фирмы «Байер»

Для очистки бокситов в настоящее время широкое применение находит процесс фирмы «Байер». Согласно этому процессу добываемые бокситы мелко измельчают и обрабатывают в автоклавах горячим раствором каустической соды, в результате чего алюминий переходит в раствор в виде алюмината натрия. Каустик и растворимый алюминат натрия отделяют от нерастворимого остатка путем отстаивания и фильтрации. Остаток, так называемый красный шлам, образуется в количестве 3 т на каждую тонну получаемого алюминия. Частицы шлама имеют очень малые размеры (менее микрометра).

Красный шлам, из которого удалена окись алюминия, загрязнен щелочью и поэтому его удаление представляет опасность для окружающей среды. Для хранения его отходов необходимо создание больших отстойных водоемов. В состав красного шлама обычно входят окиси алюминия, железа, кремния, титана, кальция и натрия. Попытки утилизации красного шлама обычно оставались безуспешными.

Процесс предусматривает добавление к красному шламу известняка, гидратированной извести или других материалов, содержащих СаО, в определенных молярных соотношениях. Полученную смесь затем смешивают с восстановителем и нагревают, в результате чего смесь размягчается или плавится.

Железо от шлака можно отделять или пока смесь находится в расплавленном состоянии или после ее охлаждения. Соединений Na и А], содержащиеся в шлаке, экстрагируют раствором карбоната натрия, содержащим каустик, или последовательно карбонатом натрия и раствором каустика.