PL113496B1 - Process for the production of aluminium oxide from blast-furnace slags - Google Patents

Description

Opis patentowy opublikowano: 15.05.1982 113496 Int. GL« C01F 7/30 //C04B-7 Cl ; ' tLUlA Twórcy wynalazku: Jerzy Grzymek, Anna Derdacka, Zofia Konik, Bronislaw Werynski Uprawniony z patentu: Akademia Górniczo-Hutnicza im. Stanislawa Staszica, Kraków (Polska) Sposób* otrzymywania tlenku glinu, z zuzli hutniczych i Przedmiotem ..wynalazku jest sposób otrzymy¬ wania tlenku glinu z zuzli hutniczych.Znany sposób otrzymywania tlenku glinu przed¬ stawiony w paskach opisach patentowych^ nr 43 443 i 43 444 pollega. na przemieleniu surowca glinokrzemiainowego z kamieniem wapiennym i nastepnie poddaniu homogenizowanego z woda surowca, redukcyjnemu wypalaniu w cemento¬ wym pieciu obrotowym w temperaturach nie przekraczajacych 13*)0PG. Proces redukcji pro¬ wadzi sie przy ograniczonym doplywie powietrza i przy pomocy zawartego w spieku wegla. Pro¬ ces ten prowadzi sie celem usuniecia szkodliwe¬ go, stabilizujacego dzialania, znajdujacych sie w surowcach zanieczyszczen, zawierajacych kationy o wysokim potencjale jonowym.IPod wplywem zawartych w spieku nawet nie- znaciznycih ilosci wysoko utlenionych zwiazków zawierajacych kationy o duzym potencjale jono¬ wym — zachodni zjawisko stabilizacji poilimor- ficznej odmiany fazy fi 2 CaO • SiO^, a stad ograniczonej mozliwosci przejscia tej odmiany w odmiane y 2 CaO • SiOz. Zjawisko przejscia poilimorflioznej odmiany fi w y 2 CaO • Si02, polaczone jest z rozpadem fazy ortokrzemlianu wapniowego, i w dalszej konsekwencji z roz¬ padem glinonoisnego spiegu, zawierajacego wiek¬ sze ilosci wspomnianego ortokrzemianiu wapnia.Podobne stabilizujace dzialanie na faze fi — 10 is 20 30 Oajg&Oi' posiadal zbyt wysoka temperatura wy¬ padania,' pod której wplywem^ sftopioriy belit (fi — G2S)S zatraca swoje zdolnosci- polim1oirfiicz*iego przejscia w nizszych temperaturach w odmiane ^-ortoikirzemaanu wapimioiweigo. %uzle hutnicze po¬ siadaja w prównaniu z pylem saiink)^z$)adóiwym produkowanym' ,z surowców glinoinoisnych; stoso¬ wanych w dotychozasowefj metodzie spieikoiwo- rozpadoiwej; dwukrotnie nizsza zawartosc krze- miioinka. Tak ograniczone ilosci krzemionki w omawianych zuzlach hutniczych wzywaja na ograniczenie zawartosci artoktzemianu wapinfljowe- go w zuzlu do okolo 30'/o. W dotychczasowym procesie srplekOtWO-iroizpad'Oiwym, ilosc ortokrzemisr- nu wapniowego w pylle samorozipadowym wy*- •ncfci ponad 60%: Dwukrotnie nizsza zawartosc ortótofcemianu wapniowego w zuzlu hutniczym otrzymanym przy wytopie zelaza w wysokiej temperaturze 150O°C powoduje znaczne ograniczenie samorctepadanla sie chlodzonego spieku. Tak znacznie ograniczo¬ ny samorozpad spieku obniza zdolnosc szybkiej i glebszej ekstrakcji tlenku gllimu z tego spieku wodnymi roztworami sody, co wplywa na po¬ wazne obnizenie efektów ekonomicznych przy o- trzymywaniu tlenku glinu z zuzli hutniczych.Dla porównania podaje sie, ze w dotychcza¬ sowej metodzie Grzymlka wypalany spiek w tem¬ peraturze 1300°C, po jego schlodzeniu rozpada 113 496113 496 3 sie w 95% do ziarn posiadajacych wymiary po¬ nizej 30 mikronów, natomiast „omawiamy stopio- _ ny wtemperaturze okolo 1500°C hutniczy zuzel po jego schlodzeniu i razpadnieciu, zawiera ziar¬ na o wymiarach ponizej 30 mikronów w ilosci zaledwie okolo 20%. Niezaleznie od tego faza glinianowa, która wystepuje w pyle samoroizpa- ^ dowym, produkowanym datychozasowa metoda spiekoworozpadowa, nie ulega stopienki i wy¬ stepuje pod postacia latwo lugujacej sie kry¬ stalicznej fazy glinianowej CA i C12A7, gdy w topionych w 1500°C zuzlach hutniczych faza ta wystepuje pod postacia trójkrotnie slabiej lugu¬ jacego .sie szkliwa glinianowowapniowego.W ostatecznym efekcie, na skutek ograniczo¬ nego stopnia samoirozpadamia sie spieku, pola¬ czonego z wystepowaniem zeszkliwiojnej fazy gli¬ nianowej, mimo ilosciowo wiekszych zawartosci tlenku glinu, glebokosc lugowania sie AI2O3 z zuzli hutniczych wiodnymi roztworami sody, zo¬ staje ograniczona przecietnie do 35%, gdy w postepowaniu .Girzymka lugowalinosc tleniku ze spieków wypalanych w nizszych temperaturach wymosi 75%. Niska lugowalinosc AI2O3 w pro¬ cesie ektrakcji zuzli hutniczych wodnymi roztwo¬ rami sody, przekresla ekonomiczne wytwarzanie tlenku glinu. Ekonomie te pogarsza jeszcze do¬ datkowo fakt, ze poekstrakcyjna pozostalosc, wy¬ magajaca dodatkowego mielenia, posiada zbyt duze ilosci tleniku gliniu, aby mozna bylo wy¬ produkowac z niej w sposób ekonomiczny, od¬ powiedniej jakosci odpowiadajacy obowiazujacym normom .cement poritlanidzki.Z drugiej, strony nalezy podkreslic, ze zuzle hutnicze, dziejki procesowi redukcji, jakiemu byly poddane przy wytopie zelaza w piecu hutniczym, pozbawione sa calkowicie szkodliwie dzialajacych zanieczyszczen zawierajacych kationy o wyso¬ kim potencjale jonowym, stabilizujacych proces samorozpadania sie spieku ortoktrzemiamiu wap- ' miowago i zawierajac stosunkowo duze ilosci tleniku gliniu, pozbawionego zwiazków zelaza, przedstawiaja . cenny surowiec glinomosny.Celem wynalazku jest wydzielenie z fazy szkli¬ stej wystepujacej w stopionych w wyzszych tem¬ peraturach zuzli hutniczych, polimorficznej odmia¬ ny glinianu dwunastowapniowego (12CaO*7Al203), latwo lugujacego sie wodnymi roztworami sody oraz wydzielenia calej (ilosci polimorficiznej od¬ miany y z czesciowo izeszklonej polimorfioznej odmiany fi oirtoikrzemiianu wapniowego. Cel ten osiaga sie sposobem wedlug wynalazku, kitóry polega na tym, ze stopiony zuzel hutniczy pod¬ daje sie wolnemu chlodzeniu /w zakresie tem¬ peratur ponizej 700°C do temperatury otocze¬ nia, przy równoczesnym zastosowaniu Julitradzwie- ków lub rezonansowej wibracji o wysokiej cze¬ stotliwosci. W wyniku /takiego postepowania przy¬ spiesza sie twoTzemie w izeszklonej faizie glinia¬ nów wapniowych poOlimoirflicznej, wysokotempe¬ raturowej odmiany 12CaO • 7AI2O3, z 4której na¬ stepnie luguje sie /tlenek glinu .wodnym roztwo¬ rem sody. Równoczesnie diziejka tej obróbce w czesciowo zeszklonej fazie fi otftotorzemianu wap- 10 15 30 35 niowego tworza sie zarodki (krystalicznej, poli¬ morficznej odmiany y CaaSiO* przyspieszajac sa- morozpad, ipowodiujac wyzszy stopien dezintegra¬ cji ochladzanego zuzla.Po procesie chlodzenia zuzel charakteryzuje sie nastepujacymi cechami: Posiada okolo 50% poli¬ morficznej, wysokotemperaturowej, krystalicznej odmiany fazy 12CaO • 7A1203. Z odmiany tej tlenek glinu luguje sie trzykrotnie glebiej w porównaniu iz glinianami zawartymi w faizie szkli¬ stej.Prawie cala lilo-sc fi Ca2Si04 podczas chlodze¬ nia zuzla przechodzi w samorozpadowa polimor- ficznar odmiane y Ca^SiO^ powodujac tym zna¬ cznie lepsza dezintegracje zuzla, którego ziarna po rozpadzie ipoizbawione sa prawie frakcji po¬ wyzej 60 mikronów. Rozluzniona lulitradzwiekami wewnetrzna struktura skladników mineralnych w zuzlu, lacznie z rozluzniajacym dzialaniem wy¬ wolanym przyspieszonym zjawiskiem polimonfi- cznych zmian w fazie fi ortokrzemianiu wapnio¬ wego, ulatwia szlamowanie zuzla wodnymi roz¬ tworami sody w urzadzeniach ekstrakcyjnych.Lugowalnosc tleniku glinu iz. tak przerabianego zuzla osiaga 80%. Tak glebokie lugowanie A1203 z hutniczego zuzla, posiada trzy aspekty: — zwieksza wydatnie, do 2,5 -krotnie wyldajnosc procesu, — zwieksza itrzykrotnie stezenie tleniku glinu w roztworze poekstrakcyjnym (w miejsce 30 g/l uzyskiwanych iw dotychczasowej metodzie spie- kowo-iroizpadowej osiaga :sie okolo 90 gA), — w pozostalosci poekstrakcyjnej dwukrotnie zmniejszy sie ilosc (tleniku glinu (do okolo 7%), co pozwala w sposób ekonomiczny wykorzy¬ stac pozostalosc poekstrakcyjna do produkcji , wysoikogatunkowego przewidzianego normami cementu portlandzkiego.Dla przykladu podaje sie w tablicy wazniejsze cechy chemiczne i fizyczne zuzla hutniczego przed obróbka i po obróbce, wedlug wynalazku. 45 BO 55 65 LP ~r 1 2 Tablica Cechy charakterystyczne zuzla & Sklad fazowy w pro¬ centach wagowych, okreslony rentgeno- graficzmie: y 2CaO • Si02 fi 2CaO • Si02 12CaO • 7A1203 gliniany wapniowe nv postaci szkliwa Wydajnosc lugowa¬ nia Al203 iz zuzla w procentach wago¬ wych Zuzel (hut¬ niczy przed obróbka "" 3 10-^20 30I—2O |iq-25 ' \ ¦ iSOM^ 25-^55 2uzel hut¬ niczy po obróbce fwg wynal. 4 ' 35—40 5—0,0 50—55 i!0h^5 70^85113 496 [T" 3 4 5 6 7 8 9 . 5 Frakcja ziarnowa w zuzlu powyzej 60 mi¬ kronów w procen¬ tach wagowych Ciezar wlasciwy zu¬ zla w /g/cm3 Zawartosc A1203 w zuzlu po lugowaniu w procentach wago¬ wych Zuzycie zuzla w to¬ nach ma 1 tone A1203 Sklad surowców — z uwzglednieniem wykorzystania wylu¬ gowanego zuzla hut¬ niczego — do produ¬ kcji (klinkieru w pro¬ centach wagoiwych: — wylugowany zuzel — piasek * — 'kamien wap.Cwypr.) — piryt Sklad mineralny kli- njkru portlandzkiego w procentach wago¬ wych: 3CaO • Si02 2CaO • Si02 4daO • AI2Os 'Fe203 3CaO • AI2O3 2CaO • Ti02 Ilosc klinkru port¬ landzkiego w tonach na 1 tone A1203 1 ' ..3 30^40 3,95^3,25 okolo 17 7,0 V .... 47,0 12,0 £9,5 1,5 64,2 i8,0 10,6 14,0 3,4 15,0 4 V ¦5—0,0 2,80-^2,90 okolo 7 4,0 — 93,5 5,0 — 1,5 '64,0 8,0 10,6 HO 3,4 4,5 W wyniku przeprowadzonego sposobu dezinte¬ gracji zuzla i przemian fazowych w itym zuzlu, lugowanie tlenku ©linu przebiega dostatecznie szybko i gleboko w granicach 80% ciezarowych tlenku glinu .zawartego w 'hutniczym zuzllu.. Po¬ zostaly zuzel hutniczy po wylugowaniu z niego przewaznej czesci tlenku glinu, zuzywa sie ja/ko surowiec do wypalania wysokogatunkowego klin- kru portlandzkiego, zachowujac najintizisza propor¬ cje wytwarzania klinkru w stosunku do wytwa¬ rzanego tlenku glinu. 10 15 20 35 40 45 50 *6 60 65 Przyklad I. Stopiony w piecu elektrycznym zuzel hutniczy, otrzymany przy wytopie zelaza w ilosci 2000 kg o nastepujacym skladzie chemi¬ cznym: Si02 — 13,50% Fe203 — 1,60% A1203 — 29,50% CaO — 52,30% MjgO — 1,10% Ti02 — 1,60% S03 — 004%. Chlodzi .sie wolno od temperatury 700°C. do temperatury otoczenia. przy czym w /temperatu¬ rze 600°C poddaje sie dzialaniu ultradzwieków o czestotliwosci 20 kHz,. w wyniku czego zuzel w 100% /wagowych samorzutnie Tozpada sie na drob¬ ny pyl o srednim /wymiarze ziarn 30 //fm, zawie¬ rajacy krystaliczna, wysokotemperaturowa, poli- morficzna odmiane 12CaO • 7A1203.Tlenek glinowy, zawarty w glinianie wapnio¬ wym 12CaO «7A1203 zostaje wylugowany wod¬ nym roztworem Na2CC3 w 80% wagowych. W czasie lugowania tlenek, glinowy przechodzi do roztworu w postaci meitaglinianu sodowego,. z którego na drodze dalszej przeróbki uzyskuje sie (tlenek glinowy. Pozostalosc po lugowaniu, w ilosci 93,5% waigowych uzupelnia sie 5% ilo¬ scia piasku i 1,5% iloscia wypalków pirytowych i wypala sie w piecu obrotowym w /temperatu¬ rze 1400°C na klinkier portlandzki o skladzie: SiOa Fe2Os Al2Os CaO TiOz MgO so3 Na2Q — 21,0% — 3,3% — 5,5% — 66,4% — 2,4% — 1,0% — 0,1% — 0,1% straty praz. — 0,2% -Nastepnie iklinkier miele sie z dodatMem gipsu w ilosci 5% wagowych na cement portlandzki „350".Przyklad II. Stopiony zuzel hurtniiczy, o- trzymany przy wytopie zelaza w ilosci 200O kg, o nastepujacym skladzie chemicznym: Si02 Fe203 A1203 CaO MgO Ti02 so3 — 13,50% — 1,60% — 29,50% — 52,30% — 1,10% — 1,60% — 0,04% Chlodzi sie wolno od /temperatury 700°C do temperatury otoczenia pnzy czym w temperatu¬ rze 600°C poddaje sie dzdalandiu wibracji o cze¬ stotliwosci 2500 drgan/miiinuite. W wyniku Itego zu¬ zel w 95% waigowych /samorzutnie rozpada sie na drobny pyl o (srednich wymiarach ziairn 45 jum, zawierajacy polimorficzna, ikrystaliczna, wysoko- temiperaturowa odmiane 12CaO • 7A1203.Nastepnie tlenek^ glinowy zawarty w glinianie wapniowym 12CaO • 7A1203 zostaje wylugowa¬ ny roztworem NafcO$ w ilosci 75% wagowych.W&406 W czasie lugowania, ttóiek igUiinowy przechodzi da ©oztwonu w (postaci, metagliniaiiiu. sodowego, z. którego. ma~ drodze dalsze! (przeróbki otazymuJje sie tlenek glinowy.Pozostalosc po lugowaniu w ilosci 50% wago¬ wych uzupelnia sie, 10% iloscia jasiku, 1,5% ilo¬ scia wyfpalków pirytowych i 38y5% iloscia kanilie- nia wapiennego. Wsad ten wypala sie w /tempe¬ raturze 1400°C ma* iklinkier pori;landizki o skla¬ dzie: Si02 Fe208 Aa2Or CaO Ti02 Wg® s PL

Claims (1)

1. Zastrzezenie pa ten, tow e Sposób oitnzymywaoia tlenku; glinu z^ óuefli hut¬ niczych, znamienny tym, ze sitopiony ziuzel hut¬ niczy poddaje sie wolnermu chlodizeniu w zakre¬ sie temperatur ponizej 700°G, az do temjperaitu- ry otoczenia, poddajac go 'równoczesnie dziala¬ niu ultradziwiejków l'ub irezonansowym wiibracjom o wysokiej czestotliwosci, a nastepnie z powsta¬ lej wysoikotemperaituroweij odmiany glinianu diwu- nastowapniowego luguje sie tlenek glinu wod¬ nym roztworem ,sody. dn-3, zam. 780/w Cena 45 zl PL