Производство глинозема (стр. 1 из 4)
Министерство образования и науки Республики Казахстан
Павлодарский химико-механический колледж
Контрольная работа
На тему: Производство глинозема
По предмету: Введение в специальность: «Производство алюминия»
Павлодар 2011 год
Содержание
1. Краткая характеристика производства (назначение процесса, актуальность технологии, применение продукта)
2. Характеристика сырья и готового продукта
3. Химизм процесса (теоретические основы процесса)
4. Технологическая схема производства (копия технологической схемы)
5. Описание основного аппарата (копия)
6. Техника безопасности
7. Список используемой литературы
1. Краткая характеристика производства (назначение процесса, актуальность технологии, применение продукта)
Спеченный глинозем – это современный материал высокого качества, нашедший применение в изготовлении особо термостойких изделий.
Наряду с ним в промышленности применяются глинозем табулярный и реактивный, которые отличаются технологией изготовления и рядом характеристик.
Глинозем спеченный, он же кальцинированный – это оксид алюминия, повергшийся дополнительной температурной обработке – кальцинаций.
При кальцинации глинозем нагревают до высоких температур, но, не позволяя кристаллам оксида алюминия отправиться.
За счет подобной дополнительной температурной обработки глинозем получает ряд ценных и полезных свойств.
От плавленого глинозема этот вид материала отличается тем, что имеет в своей структуре микропоры, и поэтому намного лучше формируется и связывается. Спеченный вид искусственного глинозема обладает следующими отличительными свойствами:
- Электроизоляция
- Повышенная огнеупорность
- Улучшенная механическая прочность
- Повышенная стойкость к износу и истиранию
- Способность придания точных размеров и форм готовым изделиям.
Кальцинированный глинозем может выпускаться в различных фракциях, в зависимости от степени измельчения и размеров кристаллов. Различные сорта этого материала выполняют различные функции в составе огнеупорных материалов и придают им дополнительные свойства.
Наиболее важные из них:
- Увеличение ресурса и общего срока службы изделий за счет увеличения содержания оксида алюминия
- Высокая плотность частиц за счет их небольшого размера и как результат повышение механической прочности и устойчивости к истиранию и износу
- Высокая огнеупорность и стойкость к термическим ударам за счет взаимодействия материала со связующими элементами как глиноземистый цемент или глина.
Может изготавливаться и применяться как в свободном, неформованном виде, так и в виде связанных, монолитных изделий.
Кальцинированный глинозем используется при производстве следующих изделий:
- Свечи зажигания
- Фарфоровые изделия
- Керамические фильтры
- Износостойкая керамика
- Высоковольтные изоляторы
- Санитарно-технические изделия
- Керамические изделия для электроники
- Изделия технической и инженерной керамики
- Керамическая плитка и т.д.
Кальцинированный глинозем нашел применение в следующих отраслях: производство корунда, огнеупорная, стекольная, химическая промышленность, производство бытовой, электротехнической, технической и износостойкой керамики.
2. Характеристика сырья и готового продукта
Боксит (фр. bauxite) (по названию местности Baux на юге Франции) — алюминиевая руда, состоящая из гидроксидов алюминия, оксидов железа и кремния, сырьё для получения глинозёма и глинозёмосодержащих огнеупоров. Содержание глинозёма в промышленных бокситах колеблется от 40 % до 60 % и выше. Используется также в качестве флюса в чёрной металлургии.
Обычно бокситы представляют собой землистую глиноподобную массу, которая может иметь полосчатую, пизолитовую (гороховидную) либо однородную текстуру. В обычных условиях выветривания полевые шпаты (минералы, составляющие большую часть земной коры и являющиеся алюмосиликатами) разлагаются с образованием глин, но в условиях жаркого климата и высокой влажности конечным продуктом их разложения могут оказаться бокситы, т. к. подобная обстановка благоприятствует выносу щёлочей и кремнезёма, особенно из сиенитов или габбро. Бокситы перерабатывают в алюминий поэтапно: сначала получают оксид алюминия (глинозём), а затем металлический алюминий (электролитическим способом в присутствии криолита).
Свойства глинозема
Алюминий образуется с кислородом три окиси:
. В субокиси 
он одновалентен, в 
- трехвалентен, а в AlO проявляет смешанную валентность. Субсоединения 
и 
могут быть получены при высоких температурах восстановлением или термическим разложением но практического значения эти процессы пока не имеют.Сырьем для производства алюминия служит глинозем - порошкообразная окись алюминия, состоящая из двух разновидностей (модификаций) окисла:
(альфа-глинозем) и 
(гамма-глинозем). Альфа-окись алюминия - наиболее устойчивая форма, встречается в природе в виде минерала корунда. Он имеет прочную структуру, большую твердость и химическую стойкость: температура плавления корунда (2054±6)°С. Гамма-глинозем получается при обезвоживании гидроокиси алюминия, хорошо взаимодействует с растворами щелочей и кислот, обладает высокой гигроскопичностью. Даже нагретый до 1000°С гамма глинозем удерживает около 1% воды, и лишь продолжительная выдержка при 1200°С полностью его обезвоживает. Гамма-глинозем при этом превращается в корунд.3. Химизм процесса (теоретические основы процесса)
Производство алюминия начинается с производства глинозёма. Глинозём – Al2O3 белое кристаллическое вещество. Известен в виде двух модификаций альфа (корунд) и гамма глинозёма. Корунд встречается в горных породах в виде бесцветных кристаллов. Однако чаще всего природный корунд загрязнён магнетитом, гематитом, кварцем и др. Кристаллы альфа Al2O3 окрашены в красный цвет (рубин), в синий (сапфир), являющихся драгоценными минералами. Глинозём гамма модификации в природе не встречается и образуется при обезвоживании гидроокисей в температурном интервале 500 – 900 градусов Цельсия. При нагревании от 900 – 1200 он превращается в альфа Al2O3.
Способы получения глинозёма, заключающиеся в обработки руды щелочами, связывающими глинозём в растворимый алюминат натрия, наиболее просты и экономичны. Для перевода глинозёма в алюминат натрия руду непосредственно обрабатывают щёлочью (способ Байера), либо спекают с солями щелочных и щелочноземельных металлов, получая твёрдые алюминаты, которые затем выщелачивают водными растворами.
Способ спекания применяется для переработки высококремнистого боксита.
Приготовленная шихта из тонко измельчённого боксита, известняка, соды, оборотных продуктов нагревается и спекается при температуре 1100-1300 0С в трубчатых вращающихся печах. Полученный спёк в виде кусков различного размера и определённого минералогического состава обрабатывается оборотными щелочными растворами слабых концентраций или водой для перевода глинозёма и щелочей в алюминатный раствор. После очистки раствора от твёрдых примесей и кремнезёма его разлагают методом карбонизации или декомпозиции для получения в осадке гидроокиси алюминия. Гидроокись алюминия после промывки и фильтрации направляется на кальцинацию при высокой температуре в трубчатых вращающихся печах. После охлаждения глинозём отправляется потребителю.
Сухой щелочной способ (спекание; позволяет получать чистый глинозем из руд (низкосортных бокситов, нефелинов и др.) с высоким (выше 6%) содержанием кремнезема. Алюмосодержащая порода измельчается с известняком и содой и спекается в печах при температуре 1200—1300°, в результате чего окись алюминия превращается в растворимый в воде щелочной алюминат Na20»Al203, а кремнезем связывается в нерастворимый двухкальциевый силикат. После выщелачивания, сгущения, промывки и отделения шлама чистый алюминий разлагается методом карбонизации. В дальнейшем процесс идет так же, как и при способе Байера. Для нефелиновых руд наиболее рационален сухой щелочной способ, к-рый позволяет осуществить комплексную переработку нефелиновой породы с получением дополнительных продуктов— соды, поташа и цемента. Алунитовые руды перерабатываются также по сухому щелочному способу с получением в виде побочных продуктов серной кислоты и поваренной соли.
На одну тонну глинозема на нефелиновом сырье расходуется 5—6 т нефелиновой руды, 7—8 т известняка, 1,5—2,0 т угля для печей спекания и 5—6 т пара высокого и низкого давления. Структура основных фондов глинозёмного завода (действующий завод средней мощности, работающий на бокситах, способ Байера) в %: здания и сооружения — 70, оборудование с монтажом — 26, прочие — 4; выпуск глинозема на 1 млн. руб. капиталовложений (т/100 руб. в год — 1,1—1,2).
Способ Байера, в настоящее время доминирующий в производстве глинозема, пригоден только для переработки малокремнистых бокситов (с модулем выше 7). По способу же спекания можно перерабатывать на глинозем не только всякие бокситы, но и нефелины, глины, каолины и другие алюмосиликатные породы, запасы которых практически неисчерпаемы. Впервые этот способ был применен в 1858 г. Луи Ле-Шателье, он стал получать глинозем из бокситов, спекая их с содой и разлагая затем алюминатные растворы углекислым газом. Однако в таком виде способ не пригоден для переработки кремнистых бокситов из-за больших потерь Al2O3 и Na2O, а для высокосортных бокситов выгоднее способ Байера.