Выщелачивания бокситов:

1 - трубчатые подогреватели: 2 - автоклавы;

3 - сепараторы

После выщелачивания пульпа из автоклавов подается в сепараторы, где в результате снижения давления газа происходит интенсивное парообразование и охлаждение пульпы: в первом сепараторе - до 180, во втором (при атмосферном давлении) - до 105°С. Из второго сепаратора пульпу подают на участок разделения пульпы и раствора в сгустители или гидроциклоны. Окончательное разделение раствора и шлама происходит в вакуум-фильтрах. После промывки шлам направляют в хвостохранилища. Красный шлам, содержащий 12-15% А1₂О₃, 5-11% SiО₂ и около 50% Fe₂О₃, может служить сырьем для извлечения железа и алюминия, редких элементов.

Отделенный от шлама раствор подают на декомпозицию - процесс, в ходе которого происходит выделение кристаллического А1(ОН)₃ - рис. 5.49. Для этого раствор разбавляют водой (с целью снижения концентрации NaOH ) и охлаждают до 50-55°С. В этих условиях раствор становится пересыщенным, и большая часть А1(ОН)₃ выпадает в осадок.

Рис. 5.49 .Схема цепи аппаратов участка декомпозиции

Алюминатного раствора:

1 - декомпозер с аэролифтным

Перемешиванием; 2- гидроциклон;

3 - сгуститель;

4 - вакуум-фильтр; 5 - репульпатор

Процесс кристаллизации ускоряется в результате введения в раствор затравки - мелких кристаллов А1(ОН)₃. Осаждение из раствора гидроксида алюминия проводят в декомпозерах - цилиндрических резервуарах с коническим днищем высотой 22 и диаметром 7,5 м (вместимостью 1000 м³). Продолжительность процесса кристаллизации - декомпозиции 55- 60 ч.

Обезвоживание гидроксида алюминия - так называемую кальцинацию осуществляют при температуре 1200°С (как правило, в трубчатых вращающихся печах).

Показатели процесса Байера:

- степень извлечения глинозема - 85-88%;

- удельный расход на 1 т глинозема: боксита - 2,0-2,5 т; NaOH - 70-90 кг; СаО - 120 кг; пара - 7-9 т; электроэнергии -280 кВт ч.

Кремнеземистые бокситы (с содержанием SiО₂ больше 5%) перерабатываются по способу спекания. Принцип выделения А1₂О₃ из руды остаётся тем же, что и в способе Байера:

- перевод глинозема в растворимое состояние,

- отделение алюминатного раствора от шлама (пустой породы),

- выделение А1(ОН)₃ из раствора в кристаллический осадок.

Отличия от процесса Байера связаны с необходимостью освободиться от повышенного содержания SiO₂, в боксите.

Отличие первое. В состав шихты для выщелачивания А1203 вводится каустическая сода Na2CO., а также значительное количество известняка. СаО которого должен связывать Si02 в нерастворимый силикат кальция 2СаО SiO.,. Шихту составляют таким образом, чтобы выполнялись молярные соотношения:

= 2; = 1.

Для повышения эффективности последующих процессов приготовленную шихту измельчают в шаровых мельницах в содовом растворе.

Отличие второе. В способе Байера химическое взаимодействие А1₂О₃ боксита и NaOH и перевод в раствор алюмината натрия происходят одновременно и в одном аппарате - автоклаве. В способе спекания эти процессы разделены: вначале в печи при высоких температурах осуществляются химические процессы, а затем производят растворение NaA1О₂.

Измельченную шихту спекают в трубчатых печах при 1200-1250°С. В ходе этой операции идут следующие реакции:

SiO₂ + Na₂CО₃ = Na₂О•SiО₂ + CО₂, 550-850°C

Fe₂О₃ + Na₂CО₃ = Na₂О•Fe₂O, + CО₂, 690-950°C

A1₂О₃ + Na₂CО₃ = Na₂О•Al₂О₃ + CО₂. 750-1100°C

Одновременно идут вторичные реакции:

Na₂О•Fe₂О₃ + Al₂О₃ = Na₂О•А1₂О₃ + Fe₂О₃,

2(Na₂О•SiO₂) + Na₂O•Al₂O₃ = Na₂O•Al₂O₃•2SiO₂ + 2Na₂O, 700-1000°C

Na₂O•A1₂О₃•2SiO₂ + 2CaO = Na₂O•A1₂0₃ + 2CaO •SiO₂ 1000-1250°C

В результате последней, основной реакции образуются растворимый в воде или содовом растворе алюминат натрия и практически нерастворимый двухкальциевый силикат.

Отличие третье. Поскольку в ходе спекания при высоких температурах реакции образования NaAIO₂ и 2CaO•SiO₂ происходят достаточно полно, нет необходимости производить выщелачивание при повышенных температурах в автоклавах - этот процесс успешно идет при температурах 70-80°С (и при атмосферном давлении). С целью увеличения реакционной поверхности спек трубчатых печей, уплотненный и частично оплавленный, подвергается мокрому измельчению в шаровых или стержневых мельницах в содовом растворе. Именно в это время и происходит переход основного количества А1₂O₃ в раствор. Выщелачивание завершается в процессе разделения шлама и алюминатного раствора.

Отличие четвертое. В полученных алюминатных растворах содержится еще значительное количество SiO₂, что не позволяет получать Al₂О₃ стандартного качества. Поэтому растворы обрабатывают известковым молоком Са(ОН)₂ для осаждения SiO₂ в виде нерастворимого осадка силиката кальция.

Отличие пятое. Снижение концентрации в растворе щелочи, благодаря чему происходит выпадение из раствора А1(ОН)₃

NaA1O₂ + 2Н₂O = Al(OH)₃+NaOH,

производят путём карбонизации раствора:

2NaOH +СO₂ = Na₂CO₃ +Н₂O.

Практически карбонизацию осуществляют продувкой раствора в баках (подобных декомпозёрам) емкостью 500-600 м³ дымовыми газами от трубчатых печей (спекания или кальцинации), содержащих 12-14% СО₂.

Дальнейшая обработка раствора и А1(ОН)₃ та же, что и в способе Байера. Принципиальная схема переработки кремнезёмистых бокситов приведена на рис. 5.35.

Показатели процесса извлечения глинозема из бокситов по способу спекания:

- степень извлечения глинозема - 82%;

- удельные расходы на 1 т А1₂O₃: боксита - около 3 т; известняка 1,3 -1,4 т; извести 20-30 кг; соды 180-200 кг; условного топлива 1,1- 1.2 т; электроэнергии 800 кВч•ч.

Переработку нефелинов ведут по аналогичной схеме с некоторыми количественными изменениями. В результате процесса кроме А1₂O₃ и Na₂CO₃ получают еще и цемент (примерно 10 т/т алюминия).