Войти
Процесс Байера является основным промышленным способом переработки бокситов для производства оксид алюминия (оксид алюминия) и был разработан Карлом Йозефом Байером. Боксит, самая важная руда алюминия, содержит только 30–60% оксида алюминия (Al 2O3), остальное - смесь кремнезема, различные оксиды железа и диоксид титана. Оксид алюминия необходимо очистить, прежде чем его можно будет рафинировать до металлического алюминия.
Процесс Байера Бокситовая руда представляет собой смесь гидратированных оксидов алюминия и соединений других элементов, таких как железо. Соединения алюминия в боксите могут присутствовать в виде гиббсита 2 (Al (OH) 3), бемита (γ-AlO (OH)) или диаспор (α-AlO (OH)); различные формы алюминиевого компонента и примесей определяют условия экстракции. Оксиды и гидроксиды алюминия являются амфотерными, что означает, что они являются одновременно кислотными и основными. Растворимость Al (III) в воде очень низкая, но существенно увеличивается как при высоком, так и при низком pH. В процессе Байера бокситовая руда нагревается в сосуде высокого давления вместе с раствором гидроксида натрия (каустическая сода) при температуре от 150 до 200 ° C. При этих температурах алюминий растворяется в виде алюмината натрия (в основном [Al (OH) 4 ]) в процессе экстракции. После отделения остатка фильтрованием гиббсит осаждается при охлаждении жидкости, а затем засевается мелкозернистыми кристаллами гидроксида алюминия из предыдущих экстракций. Осаждение может занять несколько дней без добавления затравочных кристаллов.
В процессе экстракции оксид алюминия в руде превращается в растворимый алюминат натрия, 2NaAlO 2, в соответствии с химическим уравнением :
Эта обработка также растворяет кремнезем с образованием силиката натрия:
Однако другие компоненты боксита не растворяются. Иногда на этой стадии добавляют известь для осаждения диоксида кремния в виде силиката кальция. Раствор осветляют путем отфильтровывания твердых примесей, обычно с помощью роторной ловушки для песка и с помощью флокулянта, такого как крахмал, для удаления мелких частиц. Нерастворенные отходы после извлечения соединений алюминия, бокситовые хвосты, содержат оксиды железа, кремнезем, кальций, диоксид титана и некоторый непрореагировавший оксид алюминия. Первоначальный процесс заключался в том, что щелочной раствор охлаждали и обрабатывали, барботируя через него диоксид углерода, метод, при котором гидроксид алюминия осаждает :
Но позже это уступило место затравке перенасыщенного раствора гидроксидом алюминия высокой чистоты (Al (OH) 3), что избавляло от необходимости охлаждать жидкость и было более экономически целесообразным:
Часть полученного гидроксида алюминия используется в производстве химикатов для обработки воды, таких как сульфат алюминия, ПАУ (хлорид полиалюминия ) или натрия алюминат; значительное количество также используется в качестве наполнителя в резине и пластмассах в качестве антипирена. Около 90% производимого гиббсита превращается в оксид алюминия, Al 2O3путем нагревания в вращающихся печах или мгновенных испарениях жидкости кальцинаторах до температуры около 1470 К.
Оставшийся «отработанный» раствор алюмината натрия затем рециркулируют. Помимо повышения экономичности процесса, при рециркуляции в щелоках накапливаются примеси галлия и ванадия, так что их можно извлечь с выгодой.
Органические примеси, которые накапливаются во время осаждения гиббсита, могут вызывать различные проблемы, например высокие уровни нежелательных материалов в гиббсите, обесцвечивание жидкости и гиббсита, потери каустического материала и повышенную вязкость и плотность рабочего тела.
Для бокситов, содержащих более 10% кремнезема, способ Байера становится неэкономичным из-за образования нерастворимого силиката натрия и алюминия, который снижает выход, поэтому необходимо выбрать другой процесс.
1,9–3,6 тонны бокситов требуется для производства 1 тонны оксида алюминия. Это связано с тем, что большая часть алюминия в руде растворяется в процессе. Потребление энергии составляет от 7 ГДж / тонну до 21 ГДж / тонну (в зависимости от процесса), большая часть из которых приходится на тепловую энергию. Более 90% (95-96%) производимого оксида алюминия используется в процессе Холла – Эру для производства алюминия.
Красный шлам являются отходами продукт, получаемый при сбраживании бокситов гидроксидом натрия. Он имеет высокое содержание гидроксида кальция и натрия со сложным химическим составом и, соответственно, очень едкий и является потенциальным источником загрязнения. Количество производимого красного шлама является значительным, и это побудило ученых и переработчиков искать ему применение. Одно из таких применений - производство керамики. Красный шлам при высыхании превращается в мелкий порошок, содержащий железо, алюминий, кальций и натрий. Это становится опасным для здоровья, когда некоторые предприятия используют отходы для производства оксидов алюминия.
В Соединенных Штатах отходы сбрасываются в большие водохранилища, своего рода резервуар, созданный плотиной. Водохранилища обычно облицованы глиной или синтетической облицовкой. США не одобряют использование отходов из-за опасности, которую они представляют для окружающей среды. EPA выявило высокие уровни мышьяка и хрома в некоторых образцах красного шлама.
4 октября 2010 года на глиноземном заводе Айка в Венгрии произошел инцидент там, где обрушилась западная плотина резервуара с красной грязью. Водохранилище было заполнено 700 000 м 2 смеси красного шлама и воды с pH 12. Смесь была выброшена в долину реки Торна и затопила части города Девечер и деревни Колонтар и Сомловашархей. Инцидент привел к 10 смертельным случаям, более ста ранениям и загрязнению озер и рек.
Процесс Байера был изобретен в 1888 году Карлом Йозефом. Байер. Работая в Санкт-Петербурге, Россия, над разработкой метода поставки глинозема для текстильной промышленности (он использовался в качестве протравы при крашении хлопка), Байер в 1887 году обнаружил, что гидроксид алюминия, выпавший из щелочного раствора, был кристаллическим. и его можно было легко фильтровать и промывать, в то время как осадок, выпавший из кислой среды при нейтрализации, был студенистым и его трудно отмыть. Промышленный успех этого процесса заставил его заменить процесс Ле-Шателье, который использовался для производства глинозема из бокситов.
Технические аспекты процесса были улучшены, чтобы снизить стоимость, начиная с 1967 года в Германии. и Чехословакия. Это было достигнуто за счет увеличения рекуперации тепла и использования больших автоклавов и осадительных резервуаров. Для более эффективного использования энергии были использованы теплообменники и расширительные баки, а реакторы большего размера уменьшили количество потерянного тепла. Эффективность была увеличена за счет подключения автоклавов, чтобы сделать работу более эффективной.
Несколькими годами ранее Анри Этьен Сент-Клер Девиль во Франции разработал метод получения глинозема путем нагревания бокситов в карбонате натрия., Na 2CO3, при 1200 ° C, выщелачивание образовавшегося алюмината натрия водой, затем осаждение гидроксида алюминия с помощью диоксида углерода, CO 2, который затем фильтровали и сушили. От этого процесса (известного как процесс Девиля ) отказались в пользу процесса Байера.
Этот процесс стал приобретать значение в металлургии вместе с изобретением процесса электролитического алюминия Холла – Эру, изобретенного всего годом ранее, в 1886 году. Вместе с процессом цианирования, изобретенным в 1887 году, Процесс Байера знаменует рождение современной области гидрометаллургии.
Сегодня этот процесс производит почти все мировые запасы глинозема в качестве промежуточного шага в производстве алюминия.
энергия, необходимая для процесса Байера, очень сильно зависит от качества сырья. Среднее удельное потребление энергии составляет около 14,5 ГДж на тонну глинозема, включая электрическую энергию около 150 кВтч / т Al2O3
