Jump to content

Процесс Байера

Процесс Байера является основным промышленным способом переработки боксита для производства глинозема (оксида алюминия) и был разработан Карлом Йозефом Байером . Боксит, важнейшая алюминиевая руда , содержит лишь 30–60% оксида алюминия (Al 2 O 3 ), остальное представляет собой смесь кремнезема , различных оксидов железа и диоксида титана . [1] Оксид алюминия необходимо дополнительно очистить, прежде чем его можно будет переработать в алюминий.

Процесс Байера также является основным источником галлия в качестве побочного продукта, несмотря на низкие выходы экстракции.

Байера Схема процесса .

Бокситовая руда представляет собой смесь гидратированных оксидов алюминия и соединений других элементов, например железа. Соединения алюминия в боксите могут присутствовать в виде гиббсита (Al(OH) 3 ), бемита (γ-AlO(OH)) или диаспора (α-AlO(OH)); различные формы алюминиевого компонента и примесей определяют условия экстракции. Оксиды и гидроксиды алюминия амфотерны , то есть они являются как кислотными, так 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 под давлением вместе с раствором гидроксида натрия (каустической соды) при температуре от 150 до 200 ° C (от 302 до 392 ° F). При этих температурах алюминий растворяется в виде алюмината натрия (в первую очередь [Al(OH) 4 ] ) в процессе экстракции. После отделения остатка фильтрованием при охлаждении жидкости выпадает в осадок гиббсит, а затем засевается мелкозернистыми кристаллами гидроксида алюминия из предыдущих экстракций. Без добавления затравочных кристаллов осаждение может занять несколько дней. [2]

Процесс экстракции ( разложения ) превращает оксид алюминия в руде в растворимый алюминат натрия NaAlO 2 в соответствии с химическим уравнением :

Al(OH) 3 + NaOH → NaAlO 2 + 2 H 2 O

Эта обработка также растворяет кремнезем, образуя силикат натрия:

2 NaOH + SiO 2 → Na 2 SiO 3 + H 2 O

Однако другие компоненты боксита не растворяются. Иногда [ когда? ] На этом этапе добавляется известь для осаждения кремнезема в виде силиката кальция . Раствор осветляется путем отфильтровывания твердых примесей, обычно с помощью вращающегося пескоуловителя 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 некоторое количество непрореагировавшего глинозема. Первоначальный процесс заключался в том, что щелочной раствор охлаждался и обрабатывался барботированием через него диоксида углерода - метод, при котором гидроксид алюминия осаждается :

2 NaAlO 2 + 3 H 2 O + CO 2 → 2 Al(OH) 3 + Na 2 CO 3

Но позже это сменилось затравкой пересыщенного раствора кристаллом гидроксида алюминия (Al(OH) 3 ) высокой чистоты, что устраняло необходимость охлаждения жидкости и было более экономически целесообразным:

2 H 2 O + NaAlO 2 → Al(OH) 3 + NaOH

Некоторая часть производимого гидроксида алюминия используется в производстве химикатов для очистки воды, таких как сульфат алюминия , PAC ( хлорид полиалюминия ) или алюминат натрия; значительное количество также используется в качестве наполнителя резины и пластмасс в качестве антипирена. Около 90% производимого гиббсита преобразуется в оксид алюминия Al 2 O 3 путем нагревания во вращающихся печах флюидного испарения или кальцинаторах до температуры около 1470 К (1200 °C; 2190 °F).

2 Al(OH) 3 Al 2 O 3 + 3 H 2 O

Оставшийся «израсходованный» раствор алюмината натрия затем перерабатывается. Помимо повышения экономичности процесса, рециркуляция приводит к накоплению галлия и ванадия в растворах примесей , благодаря чему их можно извлечь с прибылью.

Органические примеси, которые накапливаются во время осаждения гиббсита, могут вызывать различные проблемы, например, высокие уровни нежелательных материалов в гиббсите, изменение цвета раствора и гиббсита, потери каустического материала, а также повышенную вязкость и плотность рабочей жидкости.

Для бокситов, содержащих более 10% кремнезема, процесс Байера становится нерентабельным из-за образования нерастворимого алюмосиликата натрия , что снижает выход, поэтому необходимо выбрать другой процесс.

Для производства 0,91 тонны (2000 фунтов) оксида алюминия требуется 1,7–3,3 тонны (3800–7200 фунтов) боксита (что соответствует примерно 90% содержания глинозема в боксите). Это связано с тем, что большая часть алюминия в руде растворяется в процессе. [2] Потребление энергии составляет от 7 до 21 гигаджоуля на тонну (от 0,88 до 2,65 кВтч/фунт) (в зависимости от процесса), большая часть которого приходится на тепловую энергию. [3] [4] Более 90% (95-96%) производимого оксида алюминия используется в процессе Холла-Эру для производства алюминия. [5]

Напрасно тратить

[ редактировать ]

Красный шлам – это отход, образующийся при сбраживании боксита гидроксидом натрия. Он имеет высокое содержание гидроксидов кальция и натрия, имеет сложный химический состав и, соответственно, очень едкий и является потенциальным источником загрязнения. Количество производимого красного шлама является значительным, и это побудило ученых и нефтепереработчиков искать ему применение. Он привлек внимание как возможный источник ванадия . Из-за низкого выхода экстракции большая часть галлия попадает в оксид алюминия в виде примеси и в красный шлам.

Одним из применений красной глины является производство керамики. Красная грязь высыхает в мелкий порошок, содержащий железо, алюминий, кальций и натрий. Это становится риском для здоровья, когда некоторые заводы используют отходы для производства оксидов алюминия. [6]

В Соединенных Штатах отходы складируются в большие водохранилища , своего рода резервуары, созданные плотинами. Водохранилища обычно облицованы глиняными или синтетическими футеровками. США не одобряют использование отходов из-за опасности, которую они представляют для окружающей среды. Агентство по охране окружающей среды обнаружило высокие уровни мышьяка и хрома в некоторых образцах красного шлама. [7]

Авария на глиноземном заводе в Айке

[ редактировать ]

4 октября 2010 года на глиноземном заводе Айка в Венгрии произошел инцидент , когда обрушилась западная дамба резервуара с красным шламом. Водохранилище было заполнено 700 000 кубических метров (25 миллионов кубических футов) смеси красного шлама и воды с pH 12. Смесь была выброшена в долину реки Торна и затопила части города Девечер и деревни Колонтар и Шомловашархей. В результате инцидента 10 человек погибли, более сотни получили ранения, а также произошло загрязнение озер и рек. [8]

В 1859 году Анри Этьен Сент-Клер Девиль во Франции разработал метод получения глинозема путем нагревания боксита в карбонате натрия Na .
2
СО
3
, при 1200°C (2190°F), выщелачивание образовавшегося алюмината натрия водой, затем осаждение гидроксида алюминия диоксидом углерода CO 2 , который затем фильтруют и сушат. Этот процесс известен как процесс Девиля . В 1886 году был изобретен процесс электролитического получения алюминия Холла-Эру , а процесс цианирования в 1887 году — .

Процесс Байера был изобретен в 1888 году Карлом Йозефом Байером . [9] Работая в Санкт-Петербурге (Россия) над разработкой метода снабжения глиноземом текстильной промышленности (его использовали в качестве протравы при крашении хлопка), Байер в 1887 году обнаружил, что гидроксид алюминия, выпавший в осадок из щелочного раствора, является кристаллическим и его можно легко фильтровать и промывали, а осадок, выпавший из кислой среды при нейтрализации, был желеобразным и его трудно отмыть. [9] Промышленный успех этого процесса привел к тому, что он заменил процесс Ле Шателье, который использовался для производства глинозема из бокситов. [9] От процесса Девиля отказались в пользу процесса Байера, который знаменует собой рождение современной области гидрометаллургии .

Инженерные аспекты процесса были улучшены для снижения стоимости, начиная с 1967 года в Германии и Чехословакии . [9] Это было достигнуто за счет увеличения рекуперации тепла и использования больших автоклавов и отстойников. [9] Для более эффективного использования энергии использовались теплообменники и расширительные баки, а реакторы большего размера уменьшали количество потерь тепла. [9] Эффективность была увеличена за счет подключения автоклавов для повышения эффективности работы. [9]

Сегодня этот процесс производит почти весь мировой запас глинозема в качестве промежуточного этапа производства алюминия.

См. также

[ редактировать ]
  1. ^ Харрис, Крис; Маклахлан, Р. (Розали); Кларк, Колин (1998). Микрореформа – влияние на предприятия: тематическое исследование по алюминию . Мельбурн: Промышленная комиссия. ISBN  978-0-646-33550-6 .
  2. ^ Перейти обратно: а б Хинд, Эндрю Р.; Бхаргава, Суреш К.; Грокотт, Стивен К. (январь 1999 г.). «Химия поверхности твердых веществ процесса Байера: обзор». Коллоиды и поверхности А: Физико-химические и инженерные аспекты . 146 (1–3): 359–374. дои : 10.1016/S0927-7757(98)00798-5 .
  3. ^ Алессио Анджело Скарселла, Соня Ноак, Эдгар Гасафи, Корнелис Клетт, Андреас Кошник (2015). «Энергия в глиноземном производстве: устанавливая новые пределы». Легкие металлы 2015 . стр. 131–136. дои : 10.1007/978-3-319-48248-4_24 . ISBN  978-3-319-48610-9 . {{cite book}}: CS1 maint: несколько имен: список авторов ( ссылка )
  4. ^ «Энергоэффективность» . Энергия, необходимая для процесса Байера, во многом зависит от качества сырья. средний удельный расход энергии составляет около 14,5 ГДж на тонну глинозема, в том числе электроэнергии около 150 кВтч/т Al2O3.
  5. ^ «Процесс выплавки алюминия» . Производство алюминия . aluminiumproduction.com . Проверено 12 апреля 2018 г.
  6. ^ Хинд, Эндрю Р.; Бхаргава, Суреш К.; Грокотт, Стивен К. (1999). «Химия поверхности твердых тел процесса Байера: обзор». Коллоиды и поверхности А: Физико-химические и инженерные аспекты . 146 (1–3): 359–374. дои : 10.1016/S0927-7757(98)00798-5 .
  7. ^ «ТЕНОРМ: Отходы бокситового и глиноземного производства» . www.epa.gov . Агентство по охране окружающей среды США. 22 апреля 2015 г. Проверено 12 апреля 2018 г.
  8. ^ Рюйтерс, Стефан; Мертенс, Йелле; Васильева, Эльвира; Дехандшуттер, Борис; Поффиджин, Андре; Смолдерс, Эрик (2011). «Авария с красной грязью в Айке (Венгрия): токсичность растений и биодоступность микроэлементов в почве, загрязненной красной грязью» (PDF) . Экологические науки и технологии . 45 (4): 1616–1622. Бибкод : 2011EnST...45.1616R . дои : 10.1021/es104000m . ПМИД   21204523 .
  9. ^ Перейти обратно: а б с д и ж г «Процесс производства глинозема компании Bayer: историческое производство» (PDF) . scs.illinois.edu . Фатхи Хабаши, Университет Лаваля . Проверено 6 апреля 2018 г.
Arc.Ask3.Ru: конец переведенного документа.
Arc.Ask3.Ru
Номер скриншота №: ed62d90cdb5cd7b9f1609f767a144a0f__1718068140
URL1:https://arc.ask3.ru/arc/aa/ed/0f/ed62d90cdb5cd7b9f1609f767a144a0f.html
Заголовок, (Title) документа по адресу, URL1:
Bayer process - Wikipedia
Данный printscreen веб страницы (снимок веб страницы, скриншот веб страницы), визуально-программная копия документа расположенного по адресу URL1 и сохраненная в файл, имеет: квалифицированную, усовершенствованную (подтверждены: метки времени, валидность сертификата), открепленную ЭЦП (приложена к данному файлу), что может быть использовано для подтверждения содержания и факта существования документа в этот момент времени. Права на данный скриншот принадлежат администрации Ask3.ru, использование в качестве доказательства только с письменного разрешения правообладателя скриншота. Администрация Ask3.ru не несет ответственности за информацию размещенную на данном скриншоте. Права на прочие зарегистрированные элементы любого права, изображенные на снимках принадлежат их владельцам. Качество перевода предоставляется как есть. Любые претензии, иски не могут быть предъявлены. Если вы не согласны с любым пунктом перечисленным выше, вы не можете использовать данный сайт и информация размещенную на нем (сайте/странице), немедленно покиньте данный сайт. В случае нарушения любого пункта перечисленного выше, штраф 55! (Пятьдесят пять факториал, Денежную единицу (имеющую самостоятельную стоимость) можете выбрать самостоятельно, выплаичвается товарами в течение 7 дней с момента нарушения.)