Глинозем: Фильтрация в процессе производства глинозема

Производство глинозема из бокситов является важным первым шагом в производстве алюминия. Фильтрационно-сепарационное оборудование играет важную роль в этом процессе, особенно в сложных условиях. Объясняет Тревор Спаркс.

Алюминий – чрезвычайно универсальный и экономически важный материал. Хотя в коре нашей планеты его много, Земля не хочет легко отказываться от этого серебристого, легкого, прочного и устойчивого к коррозии металла. Хотя его руда (боксит) сравнительно легко добывается, обычно открытым способом, процесс переработки металла требует больших усилий. По оценкам, на производство алюминия приходится около 1% антропогенных выбросов парниковых газов. Однако это в некоторой степени компенсируется сокращением выбросов парниковых газов от автомобилей, грузовиков и поездов, изготовленных из алюминия, а не из стали [www.world-aluminium.org/About+Aluminium/Story+of].

Обычный производственный маршрут заключается в переработке боксита до оксида алюминия или глинозема [Al2O3], который представляет собой белый кристаллический порошок. Этот порошок затем плавят с получением металлического алюминия. Как правило, для производства двух тонн глинозема требуется четыре тонны высушенного боксита, что, в свою очередь, дает одну тонну первичного металлического алюминия. Хотя существуют и другие применения глинозема, например, в качестве абразива или в керамике, подавляющее большинство мирового производства глинозема по-прежнему перерабатывается в металлический алюминий. В то время как плавильные заводы, как правило, расположены близко к местам, где необходим алюминий, глиноземные заводы обычно располагаются ближе к источнику бокситов или по пути к алюминиевому заводу. Следует также отметить, что также требуются большие количества топлива и гидроксида натрия, а их местоположение и транспортные расходы также являются факторами при выборе места расположения глиноземных заводов.

Производство глинозема из бокситов само по себе является чрезвычайно важной отраслью, но оно также является одним из наиболее значительных мировых пользователей технологий фильтрации и разделения. Типичный глиноземный завод может использовать примерно 500–1000 м² площади фильтрации на миллион тонн продукции (а также многие сотни квадратных метров площади гравитационного сгустителя/осветлителя).

За последние 20 лет производство глинозема увеличилось примерно вдвое и превысило 80 миллионов тонн. Значительная часть этого увеличения произошла за счет увеличения мощности существующих заводов или добавления дополнительных потоков к этим заводам. Наиболее значительными производителями глинозема являются Австралия, Китай и Бразилия (см. табл. 1).

Почти все глиноземные заводы в мире используют процесс Байера, запатентованный более 120 лет назад [Патент США 515,895 Процесс производства глинозема, Карл Байер] для переработки боксита в глинозем. В этом процессе вокруг установки непрерывно циркулирует большой объем каустической жидкости. В поток каустика подается боксит и после ряда процессов из потока извлекается глинозем. К основным этапам процесса относятся:

1) Растворение алюминийсодержащих минералов едким раствором при высокой температуре и давлении.

2) Удаление твердого остатка – неалюминийсодержащая часть обычно представляет собой смесь минералов, богатых железом.

3) Осаждение чистого гидроксида алюминия [Al(OH)3] в условиях контролируемого охлаждения.

4) Прокаливание гидроксида алюминия для удаления кристаллизационной воды, чтобы он был готов к отправке на алюминиевый завод.

В этом процессе используется концентрированная каустическая жидкость при высокой температуре, в результате чего образуется чрезвычайно абразивный продукт, который не идеален для фильтрационного оборудования. Действительно, фильтрующее оборудование на глиноземных заводах сталкивается с одними из самых суровых условий, встречающихся в перерабатывающей промышленности.

Еще одним интересным аспектом этого процесса является то, что он зависит от каждого из основных мотивов твердожидкостной фильтрации:

• отделение ценных жидкостей от менее ценных твердых веществ (сепарация остатков).