» » Теоретические основы процесса декомпозиции
03.12.2015

Алюминатные растворы после контрольной фильтрации с концентрацией Аl2O3 120-150 г/л и αк = 1,5-1,75 охлаждают до 50-75 °С и направляют на декомпозицию.
Декомпозиция — это процесс кристаллизации гидроксида алюминия при разложении пересыщенного алюминатно-щелочного раствора в присутствии большого количества кристаллических зерен затравки (затравочного гидроксида).
Схематично процесс может быть выражен реакцией
Теоретические основы процесса декомпозиции

Для протекания реакции слева направо состав разлагаемого раствора должен находиться в поле 1 системы Nа2O-Аl2O3-Н2O. Это может быть достигнуто для исходного раствора (полученного после выщелачивания) разбавлением, понижением температуры либо одновременным действием обоих факторов. В связи с необходимостью получения такого значения каустического модуля маточного раствора (αм= 3,4), которое обеспечит высокую скорость выщелачивания, а также с тем, что при t ≤ 40 °С резко увеличивается вязкость растворов, степень разложения алюминатных растворов не поднимается выше 50-55 %.
В процессе декомпозиции получают гидроксид алюминия и маточный раствор. Часть гидроксида алюминия (наиболее крупная фракция) используют в качестве продукционного гидроксида алюминия (массовая доля фракции «+63 мкм» — не менее 30 %, фракция «-45 мкм» — до 25 %), который направляют на участок кальцинации, другую (более мелкую фракцию) — возвращают в технологический процесс в качестве затравки (массовая доля фракции «+63 мкм» — 8-12 %). Осветленный маточный раствор направляют на упаривание и далее — на выщелачивание боксита.
Декомпозиция является наиболее важной стадией при производстве глинозема по способу Байера, поскольку от физико-химических свойств полученного гидроксида алюминия непосредственно зависит качество глинозема, а производительность этой стадии определяет экономику всего глиноземного производства.
При кристаллизации гидроксида алюминия из пересыщенного алюминатного раствора в присутствии затравочных зерен происходят следующие явления:
• образование центров кристаллизации (вторичное зародышеобразование);
• агломерация кристаллических зерен затравки;
• линейный рост кристаллов и их разрушение, каждое из которых доминирует в определенных условиях ведения процесса.
Вторичным зародышеобразованием называют процесс образования новых кристаллов, происходящий в присутствии затравочных зерен кристаллизуемого вещества. Агломерация — это срастание сближающихся кристаллов в процессах их зарождения и роста. В отличие от процессов зародышеобразования, агломерации и роста, процесс разрушения кристаллов является чисто механическим и происходит в основном за счет соударений кристаллов гидроксида алюминия в центробежных насосах при перекачках пульп и при кальцинации.
Кинетика кристаллизации гидроксида алюминия из пересыщенных алюминатно-щелочных растворов и качество получаемого осадка определяются многими факторами. Важнейшими из них являются степень пересыщения и состав раствора. Значительное влияние оказывают температура, количество затравки (площадь поверхности затравочных кристаллов). Особо следует отметить влияние примесей (как растворимых, так и нерастворимых), которое проявляется на всех этапах кристаллизации.
Для получения крупнокристаллического осадка необходимо в процессе декомпозиции поддерживать небольшое пересыщение (т. е. при политермической кристаллизации охлаждать раствор медленно).
Эффективность работы участка декомпозиции глиноземного цеха следует оценивать нижеследующими показателями.
1. Степень разложения алюминатного раствора или выход глинозема — относительный показатель ε,%:
Теоретические основы процесса декомпозиции

где (αК)о — каустический модуль исходного раствора;
(αК)т — каустический модуль раствора в момент времени т.
В предельном случае (αК)о = (αК)а — каустический модуль алюминатного раствора; (αК)о = (αК)м — каустический модуль маточного раствора.
Выход глинозема показывает отношение количества глинозема, выпавшего в осадок из раствора, к количеству глинозема, содержащегося в исходном растворе.
2. Гранулометрический (дисперсионный) состав гидроксида алюминия. От него зависит гранулометрический состав и конечного продукта — глинозема. Хорошим показателем можно считать состав с преобладающей (70-80 %) фракцией « -50-100 мкм».
Необходимость получения гидроксида алюминия определенного гранулометрического состава вызвана требованиями определенной крупности глинозема, получаемого из гидроксида. При дальнейших операциях (транспортировка, кальцинация) частицы склонны только к измельчению, т. о. крупность получаемого глинозема главным образом определяется крупностью гидроксида алюминия. Кроме того, получение тонкодисперсного гидроксида алюминия ухудшает отделение и отмывку его от маточного раствора (от щелочи). Мелкодисперсный гидроксид со сливом направляется на выпарку, где происходит его растворение, за счет этого понижается (αК)м.
Мелкий гидроксид алюминия (< 40 мкм) при кальцинации дает мелкий глинозем — увеличиваются потери при транспортировке, загрузке и разгрузке за счет пыления, возрастает пылевынос в печах кальцинации до 60 % и более.
3. Удельная производительность декомпозера Q (средний съем Al2O3), кг/ (м3-сут):
Теоретические основы процесса декомпозиции

где Al2O3 — концентрация Al2O3 в алюминатном растворе, кг/м3; η — выход глинозема при декомпозиции; τp — продолжительность разложения, ч.