Введение к работе
Актуальность работы. В производстве глинозема промывка и фильтрование гидроксида алюминия является важным переделом; от эффективности которого существенно зависит качество продукта - глинозема и топливно-энергетические расходы (ТЭР). Так, в настоящее время на Павлодарском алюминиевом заводе (ПАЗ) получают кеки гидроксида алюминия с содержанием влаги до 12%, на испарение которой затрачивается до 16% тепла от общего расхода на передел кальцинации. Уменьшение влагосодержания в кеке способствовало бы сокращению ТЭР и улучшению технико-экономических показателей производства.
Применяемые для фильтрования аппараты не обеспечивают достаточного снижения влажности, занимают большие производственные площади и энергоемки. Аналогичная ситуация наблюдается и на других глиноземных предприятиях.
В связи с этим, изыскание возможности сокращения остаточной влажности кека и интенсификации передела фильтрования является важной задачей.
Анализ современного состояния процессов обезвоживания и возможных способов их интенсификации показал актуальность и перспективность исследований по усовершенствованию переделов фильтрования с использованием различных химических добавок, способствующих снижению остаточной влажности кека и не требующих замены работающего оборудования.
В основе контактного взаимодействия поверхности гидроксида алюминия и химических агентов лежит явление адсорбции. Несмотря на большую практическую значимость, теория адсорбции из растворов разработана недостаточно вследствие сложности самого явления и несовершенства теории жидких сред. В литературе практически нет монографий, анализирующих возможность количественного применения теории адсорбции к решению технологических задач, в том числе и в производстве глинозема.
Работа выполнялась в соответствии с программой фундаментальных исследований по приоритетным направлениям науки и научно-технических программ «Строение, свойства и закономерности физико-химических превращений неорганических веществ при комплексной переработке минерального сырья, содержащего цветные и редкие металлы» ( 1993, 1994 г.г. HAH РК),
НТП «Разработка энергосберегающих и экологически чистых технологий в металлургии Казахстана». Блок III «Модернизация и расширение номенклатуры глиноземного производства» (1996 - 1998 г.г. МЫ и АН РК)
Цель работы заключалась в разработке эффективного способа снижения остаточной влажности фильтрованного кека гидроксида алюминия с использованием низкомолекулярных поверхностно-активных веществ (ПАВ) и выявления механизма их взаимодействия.
Научная новизна. Впервые выявлены два основных вида электроноакцеп-торных активных центров поверхности технического гидроксида алюминия. Установлено, что центрами адсорбции выступают координационнно ненасыщенный атом алюминия и примесный атом кремния. Показано, что в качестве основных типов электроноакцепторных центров могут выступать фрагменты [АЮз], [АЮ4], [AIO5]. Оценена реакционная способность выявленных активных центров.
Впервые выявлен механизм взаимодействия низкомолекулярных ПАВ и электроноакцепторных центров поверхности технического гидроксида алюминия, в основе которого лежит хемосорбция с образованием ионных, координационных, водородных типов связи. Показано, что механизм гидрофобизации поверхности гидроксида алюминия различен и зависит от сорбционой активности адсорбента и адсорбционной способности молекул ПАВ.
Дана оценка величин и характеристик адсорбции низкомолекулярных ПАВ: эфирокислот, аминонитропарафинов, лропанола-1 и олигомера (ПКД-5). Установлено, что образуемый адсорбционный гидрофобный слой молекулами ПАВ представляет собой полимолекулярное покрытие, вероятно, в виде пленки.
Научно обоснован способ интенсификации передела фильтрования гидроксида алюминия с использованием ПАВ за счет гидрофобизации поверхности твердой и снижения вязкости жидкой фаз.
Новизна материалов диссертационной работы подтверждается патентом РФ (СССР) № 1771468 и Республики Казахстан № 4826.
Достоверность полученных результатов обеспечена использованием современных методов анализа и приборов, прошедших госповерку, а также с участием высококвалифицированных специалистов в области спектрального анализа.
Практическая ценность. Результаты исследования природы активных центров, анализ сорбционного состояния, выявленный механизм гидрофобизации
поверхности технического гидроксида алюминия были использованы при разработке способа интенсификации передела фильтрования.
Обоснована и экспериментально подтверждена целесообразность и эффективность применения низкомолекулярных ПАВ в качестве интенсификаторов промывки и фильтрования гидроксида алюминия. Подобраны эффективные ПАВ и установлены оптимальные режимы их применения на переделах промывки и фильтрования гидроксида алюминия производств ПАЗ, УАЗ, ВАЗ, ПГК. Эффективность разработанного способа снижения остаточной влажности кека гидроксида алюминия с использованием ПАВ-эфирокислог была подтверждена на опытно-заводских испытаниях в условиях опытно-металлургического цеха ПАЗа. Установлено, что добавка реагента ЭФК в количестве 5,0 г/т ГДА способствует снижению остаточной влажности на 4,6% абс, степень обезвоживания соответствует 31,7% отн. и увеличению скорости фильтрования на 22,7%. При снижении влажности кека на 3% абс, ожидаемая экономия мазута на кальцинации гидроксида алюминия, составит 4 кг/т А120з, что позволит получить экономический эффект около 17200 тыс. тенге.
На защиту выносятся:
результаты исследования природы активных центров и анализа сорбци-онного состояния поверхности технического ГДА;
результаты исследований адсорбции низкомолекулярных органических веществ на активных центрах поверхности технического ГДА;
- результаты исследований структурно-механических свойств растворов
ПАВ;
механизм гидрофобизации поверхности гидроксида алюминия;
способ снижения остаточной влажности фильтрованного кека;
оптимальные реагентные режимы процесса фильтрования гидроксида алюминия предприятий ПАЗ, УАЗ, ВАЗ, ПГК;
результаты опытно-заводских испытаний способа снижения остаточной злажности кека.
Структура и объем диссертации. Диссертационная работа состоит из введения, 6 глав, заключения, списка цитируемой литературы, приложений. Содержание изложено на 149 страницах машинописного текста, содержит !0 таблиц, 25 рисунков; библиография включает 126 наименований.