Способ переработки алюмосиликатного сырья

(51)5 С 01 Г 7/38 ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМПРИ ГКНТ СССР ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ(56) Авторское свидетельство СССР М 1248199, кл. С 01 К 7/38, 1984.Авторское свидетельство СССР М 672168, кл. С 04 В 7/36, 1977.Авторское свидетельство СССР М 867890, кл. С 04 В 1/00, 1978.Киплер И. НЛайнер Ю. А; Нефелины комплексное сырье алюминиевой промышленности. - М.: Металлургиздат, 1962, с, 90 - 93; Изобретение относится к способам переработки алюмосиликатного сырья на глинозем посредством спекания,Известен способ переработки глино-. земсодержащего сырья, включающий радиационное воздействие на движущийся слой материала пучком ускоренных электронов.Известный способ обеспечивает активацию процесса спекания, интенсификацию взаимодействий. Однако в.ближайшем будущем не будет разработано излучателей необходимой мощности, Кроме того, эксплуатация радиационно опасного оборудования усложняет обслуживание, повышает капитальные затраты на обеспечение радиационной защиты.(54) СПОСОБ ПЕРЕРАБОТКИ АЛЮМОСИЛИКАТНОГО СЫРЬЯ(57) Изобретение относится к способам получения глинозема спеканием. Цель изобретения - повышение проИзводительности процесса, извлечение полезных компонентов, снижение энергетических затрат. Для этого готовят шихту из алюмосиликатного сырья, известняка и оборотных продуктов, ее формуют в бесконечную ленту при влажности 5 - 15 О, сушат до остаточной влажно-. сти не более 2% и спекают на поверхности слоя расплавленного металла с температурой на 30 - 250 С выше максимально допустимой температуры спекания шихты с перемещением ленты щихты по.поверхности расплавленого металла, Спек выщелачивают. Данный способ позволяет. повысить извлечение глинозема на 5 О,. увеличить производительность в 1,6-1,9 раза, снизить энергозатраты, 2 з,п. ф-лы, 2 табп,Известен способ получения портландцементного клинкера, при котором сырьевая смесь формуется в бесконечную ленту, сушится и обжигается на поверхности расплавленного чугуна,Этот способ обеспечивает интенсивную термообработку сыревой смеси; экологически достаточно чист. Однако параметры проведения процесса установлены применительно к конкретному материалу- цементному клинкеру - и не могут быть использованы для термообработки других материалов, в частности для спекания шихты глиноземного производства. Такие парэ- метры могут быть установлены только экспериментально при обработке конкретного материала, 1742213Известен способ обработки карбонатного материала путем формования в бесконечную ленту, сушки и обжига последней на слое расплавленного металла, при этом ленту формуют с полостями на обращенной к расплаву поверхности так, что площадь контакта ленты с расплавом составляет 5-20 оь всей поверхности ленты.Этот способ уменьшает воэможность налипания на ленту обрабатываемого мате. риала расплавленного металла "теплоносителя. Недостатком данного способа является непрочность и довольно высокая вероятность разрушения ленты обрабатываемого материала. что связано со скоплением газов при декарбонизации материала в полостях, образованных лентой и теплоносителем, приводящим к повышению давления в этих полостях. Кроме того, возникают осложнения в результате брызгоуноса расплавленного металла под действием выделившихся из материала газов при выходе ленты из реактора.Наиболее близким по технической сущности и достигаемому результату к предлагаемому является способ получения глинозема, включающий размол и смешение алюмосиликатного сырья, известняка и оборотных продуктов, корректирование глиноземсодержащей шихты, ее термообработку до максимально допустимой температуры спекания при контакте с теплоносителем, выщелачивание спека, разложение алюминатного раствора с выделением гидроксида алюминия путем карбонизации поступающими с передела спекания газами.Термообработку осуществляют во вращающейся печи эа счет тепла продуктов сгорания органического топлива. Это обуславливает низкую удельную производительность процесса (сьем продукта с 1 м внутренней поверхности футеровки печи 25-35 кг/(м ч, повышенный удельный расход топлива из-за повышенных потерь тепла через корпус вращающейся печи в окружающую среду и с отходящими газами, пониженное извлечение полезных компонентов при гидрохимической переработке спека из-за неравномерной термообработки отдельных гранул шихты, характерной для вращающихся печей при вводе всего топлива в разгрузочный конец и высокой тепловой форсировке зоны горения - спекания. Поступающий со спекания на карбонизацию алюминатного раствора газ имеет . весьма низкую концентрацию СОз (8-140) иэ-за разбавления продуктами горения и подсосами воздуха в системе газоочистки, что приводит к повышенному расходу энергии на его продавливание через слой раствора в карбонизаторах.Цель изобретения - повышение производительности процесса, извлечение полез ных компонентов, снижениеэнергетических затрат.Поставленная цель достигается тем, чтов способе переработки алюмосиликатного сырья, включающем приготовление шихты 10 из алюмосиликатного сырья, известняка иоборотных продуктов, спекание и выщелачивание спека. шихту формуют в бесконечную ленту при влажности не более 2% и спекание ведут на поверхности слоя рас плавленного металла с температурой на 30 о250 С вышемаксимально допустимой температуры спекания шихты, при скорости перемещения ленты шихты по поверхности расплавленного металла, определяемой со гласно формулеЧ=К1 р1 слгде Ч - скорость перемещения ленты, м/с;К - размерный коэффициент пропорци ональности, равный (1.5 - 4,5) 10 м/с;тр - температура расплавленного металла, ОС:тсп - максимально допустимая температура спекания шихты, ОС.30 При формовании бесконечной лентыглиноэемсодержащей шихты со стороны расплава выполняют полости с отверстиями в своде с живым сечением 3 - 30 О/ Спекание ленты шихты на слое расплавленного метал ла проводят до степени взаимодействиякомпонентов 65 - 80%, а последующее спекание осуществляют во вращающемся барабане при скорости нагрева 0,5 -15 град/мин.40 Способ осуществляют следующим образом.Шихту до влажности формования 515 ф доводят путем фильтрации в случае ее приготовления "мокрым" способом с на чальной влажности 30% или увлажнениемпри приготовлении "сухим" способом, Эту шихту формуют в бесконечную ленту (например, на ленточном прессе), содержащую с нижней стороны разделенные перегород ками отдельные полости, имеющие в сводеотверстия с живым сечением 3 - 30. Эту ленту перемещают вдоль оси за счет, например, торцового усилия, развиваемого ленточным прессом, высушивают в камере 55 сушки до остаточной влажности не более2% и подают в реакционную камеру на слой расплавленного чугуна, Температуру расплавленного теплоносителя поддерживают на 30-250 С выше максимально допустимойтемпературы спекания .шихты (котораядля нефелино-известняковой шихты составляетпримерно 1290 С),Скорость продольного перемещения ленты по поверхности расплава выбирают пропорционально отношению выбраннойтемпературы расплава и максимально допустимой температуры спекэния шихты:Ч = К (трйсп)1при диапазоне изменения размерного коэффициента пропорциональности (1,5-4,5)хх 10 з м/с,Предлагаемый способ может быть осуществлен в две стадии спекания, при,этомтермообработка ленты шихты в первую стадию производится на слое расплавленноготеплоносителя при приведенных характеристиках до достижения степени взаимодействия компонентов шихты 65 - 800, атермообработка полученного полупродукта 20во вторую стадию осуществляется в перееыпающем слое во вращающемся барабанепри скорости нагрева 0,5 - 15 град/мин,Влажность формования глиноземсодержащей шихты 5-15% обеспечивает применительно именно к этому материалуполучение достаточно прочной и пластич-,ной ленты. При меньшей влажности лентасклонна к растрескиванию и непрочна. прибольшей влажности не удается организо-. 30вать стабильный непрерывный процессформования, появляется тенденция к налипанию на формующие и транспортирующиеповерхности контакта, лента легко деформируется; лучшие результаты при влажности 9 - 10%.За максимально допустимую температуру спекания принимается температура,при которой достигается максимальное из-.влечение компонентов при выщелачивании 40 спека, имеющего достаточно высокую пори.стость. Превышение этой температуры приводит к резкому оплавлению спека, уменьшению его пористости, снижению извлечения компонентов. возрастанию возго на щелочей (для нефелино-известняковой шихты эта температура примерно составляет 1290 ОС),При температурс поверхности расплавсленного теплоносителя на 30-250 С. превы шающей максимально допустимую температуру спекания,обеспечивается достаточно интенсивная теплопередача от, расплава ленте шихты без разрыва ленты,налипания теплоносителя на ленту шихты,оплавления контактирующей поверхности ленты. При превышении температуры теплоносителя менее, чем нэ 30 С, снижается интенсивность теплообмена. уменьшается съем продукта с поверхности расплава, требуется увеличение времени термообработки, связанное с возгоном щелочей, снижением извлечения, проникновением .расплава в поверхностный слой ленты шихты. При превышении температуры теплоносителя более, чем нэ 250 С выше максимально допустимой температуры спекания шихты, происходит разрыв ленты изза чрезмерно интенсивного выделения углекислого газа при декарбонизации, наблюдается интенсивное оплавление контактирующей поверхности ленты и налипание на ленту теплоносителя, во избежание чего требуется чрезмерное увеличение скорости ленты, связанное с возможностью ее разрушения, а также со снижением извлечения из-за сокращения времени выдержки при максимальных температурах спекания. Кроме того, повышенная температура теплоносителя приводит к увеличению потерь тепла через корпус и ухудшению службы футеровки.Скорость движения ленты по поверхности расплава выбирается пропорционально отношению принятой температуры расплава и максимально допустимой температуры спекания шихты, т.е, чем больше это соотношение, тем более высокую скорость ленты необходимо поддерживать во избежание оплавления поверхности контакта ленты шихты, возгона щелочей, Коэффициент пропорциональности в этом соотношении составляет(1,5-4,5) 10 м/с. При его величине менее 1,5 10 чрезмерно уменьшается скорость и увеличивается время пребь 1 вания шихты на слое расплава, что ведет к возгону щелочей, прилипанию теплоносителя к ленте, снижению извлечения компонентов. При величине этого коэффициента более 4,5 х х 10 чрезмерно возрастает скорость движения ленты и уменьшается время пребывания шихты в реакционной камере, в результате чего увеличивается вероятность разрушения ленты, снижается время пребывания при температурах спекания и, соответственно, степень взаимодействия компонентов, уменьшается извлечение глинозема из спека.Лента шихты формуетсяс полостями на нижней поверхности, разделенными перегородками, Зто уменьшает поверхность контакта с расплавом и возможность его налипания, при этом интенсивность тепло- передачи снижается незначительно ввиду весьмамалого зазора между поверхностью ленты и расплавом.В ленте над полостями выполнены вертикальные отверстия, имеющие живое сечение 3-30 . Отверетия служат для непрерывного отвода выделяющегося присоздание достаточно экологически чистого ном проведении спекания шихты на слоепроизводства глинозема способом спека- расплавленного теплоносителя. причем н ния. Тепло от охлаждения ленты спека мо- опытах 3 - 5 величина параметров находится жет быть использовано для выработки в предлагаемых пределах, В качестветеплоэлектроэнергии, которая будет направлять носителя принят расплавленный серый чусянаподводтеплакрасплавленномутепло- гун, помещенный в графитовый реактор, носителю например, в результате нагрев осуществляют высокочастотным иниспользования для бесконтактного охлаж- . дуктором, Нефелино-известняковую шихту, денияспеканизкокипящихжидкостей(типа приготовленную сухим способом и увлажфреона), пары которых подают в турбину, 10 ненную до формовочной влажности, формуКефелинсодержащее сырье (щелочное ют на ленточном прессе в ленту толщиной алюмосиликатное сырье), известняк, обо мм и шириной 16 мм, которая перемещаротный белый шлам размалывают, смеши- ется по длине реактора за счет торцовых вают, корректируют до заданных усилий, развиваемых ленточным прессом, стехиометрических соотношений .15 Перед поступлением в реактор лента шихты (СаИБ 02=2,0; Иа 20(К 20)/А 20 з = 1 1) Ших- подсушивается в сушильной камере до .зату подвергают термообработке до макси- данной остаточной влажности. При провемально допустимой температуры спекания дении опытов варьируется температураалО1290 С при контакте с теплоносителем,расплавленного теплоносителя, скорость Спек выщелачивают оборотнымсодощелоч перемещения ленты, влажность формованым раствором; алюминатный раствор от- ния шихты, остаточная влажность ленты деляют от белитового шлама, который шихты перед поступлением на слой распланаправляют на производство цемента. Алю- . ва. Из реактора выходит газ, на 90-95 минатный раствор обескремнивают и под- содержащий СО (некоторое разбавление вергают карбонизации СОг-содержащими 25 происходит за счет небольших подсосов печными газами спекания с.выделением воздуха, досушки и дегидратации шихты), гидроксида алюминия и подачей содового Применение такого концентрированного гараствора на выделение содопродуктов. за на карбонизации алюминатного раствораПоказатели применения предлагаемо- . позволяет в = 5 раз сократить расход элекгоиизвестногоспособовприведены втабл.1 30 троэнергии на его транспортирование зэсчет уменьшения расхода.Опыт 1 осуществляют по известному Использование предлагаемого способа способу; Спекание шихты, приготовленной позволяет в 10-15 раз увеличить съем промокрым способом с влажностью 29 , осу- дукта с поверхности контакта обжигаемой ществляют во вращающейся печи 5 х 185 м 35 шихты и теплоносителя по сравнению со при производительности 100 т/чспека, Тер- спеканием во вращающейся печи, снизить мообработка производится за счет теплоты, расход энергии на спекании на 20 - 30 , увевыделяемой при сжигании органического личить извлечение глинозема при вы елащ топлива, при непосредственном контакте чиванииспека на 1 - 1,5 абсповерхности пересыпающегося слоя мате В опытах 9 - 13 приведены результаты риала с газовым теплоносителем и с нагре- применения предлагаемого способа при той поверхностью футеровки, Отходящие осуществлении процесса спекания. в две газы на выходе из печи содержат 22-27 стадии с проведением нагрева и частично СО 2. Ввиду их большой запыленности они декарбонизации и взаимодействия компопроходятмногоступенчатуюочистку впыле нентов в первую стадию на слое расплаввой камере, циклонах, электрофильтре, ленного теплоносителя, а завершающей скруббере-электрофильтре, где разбавля- стадии спекания в пересыпающемся слое во ются подсосами атмосферного воздуха до вращающейся барабанной печиВ опытах содержания СО = 10-15. Газ с такой 10-12 параметры процесса находятся в концентрацией нагнетателями подают на 50 предлагаемых пределах. В табл. 2 приведекарбонизацию алюминатного раствора, ны опыты 9-13 и для сравнения опыт б, г еНиН экая эффективность теплопередачи процесс осуществлен в одну стадию на слоет где между газовым теплоносителем и поверхно-расплава. Ввиду того, что на первой стадии стью слоя материала и большое разбавле- не требуется длительной выдержки, в этих ние СО 2 в печных газах ограничивают 55 опытах последовательно повышают темпе- удельную производительность, увеличива- ратуоу расплавленного теплоносителя и ют расход энергии на спекании и карбони- скоростьдвижения ленты, что позволяет е- тргулировать степень взаимодействия в шихВопытах 2-б приведены результаты ис- те на первой стадии. Регулированиепытания предлагаемого способа при пол- условий нагрева во вращающемся барабане1742213 12 у,3 х 0,8 м осуществляется изменением наклона, частоты вращения, температуры теплоносителя. В результате двухстадийной обработки шихты по сравнению с обработкой в одну стадию на слое расплава 5. улучшается технологическое качество спека - увеличивается его пористость на =10, повышается извлечение глинозема на 1- 1,5, снижается удельный расход энергии на спекание на =5 7 ь, увеличивается удель ный сьем продукта с 1 м поверхности рас 2плава в 16-1,9 раза. Формула изобретения1. Способ переработки алюмосиликат ного сырья, включающий приготовление шихты из алюмосиликатного сырья, известняка и оборотных продуктов, спекание и рыщелачивание спека, о т л и ч а ю щ и йс я тем, что, с целью повышения произво дительности процесса, извлечения полезных компонентов, снижения. энергетических затрат, шихту формуют в бесконечную ленту при влажности 5-157 ь сушат до остаточной влажности не более 25 2%, и спекание ведут на поверхности слоя Значения показателей для опыта Показатели 5 6 18 15 1 О 1290 12901290 1290 1290320.1;023 1540 15701,194)27 14401,116 13101,016 280 15 о 250 20 1,22 1,54 2,80 5,84 5,37 Коэффициент пропорцио" нельности для определения скорости перемеще" ния ленты по поверхнос" ти расплавленного ме" телла, К 10 м/с(к - г/с/с,) Живое сечение отверстий в,ленте шихты 1)7 4,5 4,8 1)5 1,2 2,5 2,0 з,о 2 О,О 30,0 35 о Влажность формуемой ленты шихты в)Ф Остаточная влажность ленты шихты после сушкиМаксимально допустимая температура спекания)с,)СТемпера тура ра сплавленного металла"теплоносителя с , СОтношение йР/сРазность между температурой расплавленного тепло" носителя и максимально допустимой температуройспекания (С- СС Скорость перемещения ленты шихты по поверхности рсплавленного металла, Ч 10 м/с расплавленного металла с температурой на 30 - 250 С выше максимально допустимой температуры спекания шихты, при скорости перемещения ленты шихты по поверхности расплавленного металла, определяемой по формуле Ч = К трйсп,где Ч - скорость перемещения ленты;К - размерный коэффициент пропорциональности, равный ,1,5-4,5) 10 м/с;тр - температура расплавленного металла,1 сп - максимально допустимая температура спекания шихты, С,2. Способ по и. 1, о т л и ч а о щ и й с я тем, что при формовании бесконечной ленты глиноземсодержащей шихты со стороны расплава выполняют полости с отверстиями в своде с живым сечением 3-30.3. Способ по пп.1 и 2, отл ича ющ и й с я тем, что спекание ленты шихты на слое расплавленного металла проводят. до степени взаимодействия компонентов 65- 80, а последующее спекание осуществляют во вращающемся барабане при скорости нагрева 0,5-15 град/мин,Т а о л и ц а 11742213 13 Продолжение табл 1 Показатели Значения показателей для опыта-т 1т234 5 86 7. 880 89,0 86,8 87,5 86,6 210 380450 . 250 Удельный расход энергии на спеканииИДж/т спек 3650 3600 3300 3180 4600 Удельный расход энергиина карбонизации алюминатного раствора, ИДж/т глинозема100 100 100 540100 100 Налипание расплавленногометалла на ленту шихты Значи" тельно Стойкость ленты шихтыпри спекании на слоерасплавленного металла ХорошаястойИнтенсивный разрывленты поперемычкаммежду отверстиями Отдельныеслучаиразрываперемычекмежду от"верстиями Отдельные слу" чаи разрыва.ленты Интен"сивныеразрывыленты кость+ Величина съема стека с 1 мз внутрснней поверхности футеровки вращающейся печи в час Т а б л и ц а 2 Показатели Значения показателей для опыта Количество стадий спека-ния 12, 2 Иаксимально допустимая температура спекания . Температура расплавлснного металла-теплоносителя ь , СОтношение сР/ссоРазность (сР -с) С Коэффициент пропорциональности сКорости перемещения ленты шихты по поверхности расплаппенного металла К 10 зм/с 1440 1440 1480 1530 1570 1, 186 1,2 17 240 280 15001,163 1,116 1,116150 1,147 210 150 150 2,5 . 2,7 4,2 4,8 3,0 Скорость перемещения ленты шихты по поверхности расплавленного металла,Ч 10 м/с 5,3 . 5 э 8 2,8 4,9 Температура ленты шихтына выходе слоя расплавленного металла,С Извлечение глинозема при выщелачивании спекаИ ОзУдельная производитель" ность (сьем спека с единицы поверхности расплавленного теплоносителя)С/Р кг спекам 2.ц) Умеренно Отсутст- Незначи" Умеренно вует тельно15 1742213 16 Продолжение табл, 2е е е ФЕ аа Ев ЕВЕ ЬЗначения показателей для опытаГ- Т- Г " Г.:. Г :. Показатели 4Степень декарбонизацииленты аихты на выходе. сослоя расплавленного металла, Ф 1000 20 35 85 . 60 30 Степень взаимодействия компонентов шихты на выходе со слоя расплавленного металла (оценивает" ся по величине извлечения глинозема при стан" дартом выщелачивании.1спека) СОЛЮ Оффгоътемпература обжигаемого материала в зоне спекания пересыпающегося во вра" щающемся барабане вто" рой стадии слоя, С 89,о 6 о 65 8 о 72 61 1290 1270 1270 12 УО 1270 1270 Скорость нагрева в пересыпающемся слое во вра"щающемся слое на второйстадии спекания,град/мин 18 15 6 0,5 0,3 Извлечение глинозема гривыщелачивании готовогоспека ИЛЕ,Оз фПористость спека, Ф 89,737 90 5 89,9 89,1 40 38 . 3389,0 89130 32 Удельная производительность (съем с единицы поверхности расплавленно"го теплоносителя впересчете на спек)Оф кгфз. ч) 450 48 О Угс 79 О 85 О 89 О3180 3175 3120 3000 3100 3170 Удельный расход энергии на спеканин,ИДж/т спека Ф Ю Составитель Н, СрибнерРедактор Н. Яцола Техред М.Моргентал . Корректор Т. Палий Заказ 2256 Тираж Подписное ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР 113035. Москва, Ж, Раушская наб 4/5 Производственно-издательский комбинат "Патент", г. Ужгород, ул.Гагарина, 101