Кальцинация гидроокиси алюминия и пневмотранспорт глинозема

29.01.2017

Целью кальцинации является обезвоживание гидроокиси алюминия и получение из нее практически негигроскопичного глинозема. Это достигается путем нагрева гидроокиси до температуры порядка 1200° С.
При постепенном нагревании гидроокись алюминия испытывает следующие превращения: при температуре 225° С она теряет две молекулы воды и превращается в бемит; при 500—550° С бемит превращается в безводный γ-глинозем, который, как мы знаем, весьма гигроскопичен; при температуре 950° С γ-глинозем начинает превращаться в практически негигроскопичный γ-глинозем и при температуре 1200° С это превращение заканчивается.
Кальцинация гидроокиси алюминия осуществляется в трубчатых вращающихся печах, отапливаемых мазутом или генераторным газом. Печь состоит из стального барабана длиной 50—150 м и диаметром 2—5 м, футерованного огнеупорным кирпичом. Печной барабан имеет уклон, составляющий 3% от длины печи. На корпус барабана насаживаются бандажи (стальные обточенные кольца), которыми он опирается на опорные ролики. Печь приводится во вращение от двигателя через редуктор и венцовую шестерню, насаженную на корпус печного барабана. Скорость вращения барабана — около 1 об/мин.
Нижним горячим концом печной барабан входит в топливную головку печи, верхним холодным концом — в загрузочную головку. Одна из головок — откатная и может передвигаться на колесах по рельсам.
Топливная головка с передней стороны имеет отверстия для форсунок или горелок, с помощью которых сжигается топливо, а также смотровые и рабочие окна. Через загрузочную головку в печь с помощью загрузочного желоба подается гидроокись алюминия. Вследствие наклона печного барабана и его вращения загружаемый материал постепенно передвигается к нижнему концу печи навстречу горячим топочным газам. В нижней части топливной головки имеется течка, через которую горячий прокаленный глинозем ссыпается в холодильник.
Для футеровки печи используют шамотные и высокоглиноземистые материалы. В 1953 г. на Уральском алюминиевом заводе гладкая футеровка в холодной зоне печи была заменена ячейковой. Толщина такой футеровки, как и гладкой, составляет 115 мм, но на определенном расстоянии друг от друга вдоль печного барабана и по его окружности выкладывают ряды кирпича вы. сотой 230 мм. Выступающие ряды кирпича образуют на внутренней поверхности печного барабана ячейки. Ячейковая футеровка улучшила условия теплообмена между горячими топочными газами и гидроокисью алюминия. Это в свою очередь, позволило снизить расход топлива и увеличить производительность печи, хотя продолжительность прохождения материала через печь увеличилась с 45—50 мин. до двух часов.
Холодильник, как и печь, представляет собой стальной вращающийся барабан, имеющий наклон в направлении, противоположном наклону печи. Длина его — 20—30 м, диаметр — 1,5—2 м.
Охлаждение холодильника может быть водяным и воздушным. При водяном охлаждении наружная поверхность холодильника орошается водой, при воздушном — через холодильник просасывается воздух. Нижний конец холодильника снабжен сеткой, которая задерживает крупные куски материала, например куски разрушившейся футеровки. Глинозем, прошедший через сетку, взвешивают; с помощью сжатого воздуха он транспортируется в бункеры готовой продукции.
Дымовые газы, выходящие из печи кальцинации, уносят значительное количество глинозема в виде пыли (50—60% от общего его количества, поступающего на кальцинацию). Улавливание пыли производится в системе пылеулавливающих устройств (мультициклонах, электрофильтрах). Уловленную пыль возвращают в печь после предварительного смешения с гидроокисью алюминия.
В последнее время для осуществления многих металлургических процессов широкое распространение получает обжиг в кипящем слое. Этот процесс может быть применен и для кальцинации глинозема, а также ряда других процессов, применяемых в производстве глинозема: обжига бокситов и алунитов, спекания нефелина и т. д.
Принцип обжига в кипящем, или псевдожидком, слое заключается в следующем. Если через слой зернистого материала, находящегося на беспровальной решетке, подавать снизу газы, то при некоторой скорости газов этот слой приобретает основные свойства жидкости: подвижность, способность легко перемешиваться, способность принимать форму сосуда и т. д. При дальнейшем увеличении скорости газов плотность слоя постепенно уменьшается и он переходит во взвешенное состояние.
В кипящем слое твердые частицы находятся в непрерывном движении и в непрерывном контакте с газами, с помощью которых происходит нагрев, окисление или восстановление материала. Непрерывный контакт частиц материала с газами, а также непрерывное удаление газообразных продуктов из зоны обжига, обеспечивает высокую скорость процесса, а следовательно, и высокую производительность печей, работающих на принципе «кипящего слоя».
Из цеха кальцинации в электролизный цех прокаленный глинозем транспортируется с помощью пневматической установки. Действие пневматических установок основано на использовании способности воздушного потока переносить на значительные расстояния частицы материала. Для этого необходимо создать разность давлений на концах трубопровода, по которому перемещается материал.
Принципиальная схема пневматической установки показана на рис. 15.
Кальцинация гидроокиси алюминия и пневмотранспорт глинозема

Глинозем из холодильника печи через загрузочную воронку подается в резервуар двухкамерного насоса 1. Из резервуара, после его заполнения, глинозем выдавливается сжатым воздухом в транспортный трубопровод 2. Одновременно сжатый воздух подается в нижнюю часть резервуара, где имеется специальное пневматическое устройство (сопло), служащее для аэрации (разжижения воздухом) выходящего из резервуара материала.
Приемным пунктом для глинозема в цехе электролиза служат герметично закрытые бункеры (силосы) 3. Отработанный воздух отсасывается из бункеров с помощью вентилятора через рукавный фильтр 4, где улавливается увлекаемая воздухом пыль.
Непрерывность транспортирования обеспечивается наличием в двухкамерном насосе двух резервуаров в то время как один из них загружается, из другого глинозем поступает в транспортный трубопровод.
Нa производство 1 т глинозема по способу Байера расходуется примерно: боксита 2,4 г, соды каустической 90 кг, пара 8,7 т, топлива на кальцинацию 0,2 т.