Способ термообработки порошкообразного гидроксида алюминия

Способ термообработки порошкообразного гидроксида алюминия

Реферат

Изобретение относится к технологии переработки порошкообразных материалов и непосредственно касается способа термообработки гидроксида алюминия. Область применения изобретения охватывает производство строительных материалов, черную и цветную металлургию и прежде всего подготовку металлургического сырья для производства алюминия.

Известен способ получения порошкообразных материалов, включающий тангенциальную подачу сырья, воздуха и горючего в нижнюю часть обжиговой печи, обжиг сырья в восходящем потоке газов, отвод готового продукта и отходящих газов из верхней части обжиговой печи и сепарацию готового продукта, при этом предварительный нагрев сырья и воздуха производят в прямотоке фаз теплом отходящих газов и готового продукта соответственно (заявка RU 98117484, опубл. 20.06.2000).

Известный способ не обеспечивает оптимального режима обжига гидроксида алюминия вследствие локального перегрева материала из-за существенной неоднородности температурного поля в поперечном сечении обжиговой печи с образованием нежелательной модификации альфа-глинозема и перерасхода топлива на процесс. Кроме того, высокий уровень температур продуктов сгорания приводит при тангенциальной подаче сырья и топлива к перегреву поверхностного слоя огнеупорной футеровки в нижней части обжиговой печи, истиранию и снижению его стойкости и, как следствие, загрязнению глинозема частицами разрушаемой футеровки.

Из предшествующего уровня техники (патент RU 2213697, опубл. 10.10.2003 - ближайший аналог) известен также способ термообработки порошкообразного материала, преимущественно гидроксида алюминия, включающий предварительную прямоточную сушку влажного гидроксида алюминия в восходящем потоке отходящих из верхней части реакционной камеры газов, циклонную сепарацию высушенного гидроксида алюминия, его предварительный прямоточный нагрев в потоке отходящих газов и подачу в нижнюю часть реакционной камеры, обжиг порошкообразного гидроксида алюминия во взвешенном состоянии в восходящем потоке теплоносителя, приготавливаемого путем сжигания топлива в кислородсодержащей газовой фазе, циклонное осаждение полученного глинозема, его многоступенчатое прямоточное охлаждение потоком воздуха, подаваемого к реакционной камере, с получением товарного глинозема. В этом способе сжигание топлива в предварительно нагретом воздухе осуществляют в горелочном устройстве реактора, а затем подготовленный теплоноситель подают в нижнюю часть реакционной камеры и туда же подают для обжига высушенный гидроксид алюминия. Далее в восходящем потоке теплоносителя осуществляют его одностадийный обжиг и отводят двухфазный поток газопорошковой смеси из верхней части реакционной камеры.

Известный способ не обеспечивает оптимального режима обжига гидроксида алюминия вследствие перегрева материала из-за высоких температур продуктов сгорания топлива с образованием нежелательной модификации альфа-глинозема и перерасхода топлива на процесс. Кроме того, подача высокотемпературного (до 1800°С и более) теплоносителя приводит к перегреву поверхностного слоя огнеупорной футеровки в нижней части реакционной камеры, снижению его стойкости и интенсивному загрязнению глинозема частицами разрушаемой футеровки.

Заявляемое изобретение предусматривает повышение качества товарного глинозема и экономичности процесса термообработки в целом за счет уменьшения локального перегрева частиц порошкообразного гидроксида алюминия и поверхностного слоя огнеупорной футеровки на начальной стадии обжига и повышения полноты обжига материала на заключительной стадии.

Указанный технический результат достигается тем, что в известном способе термообработки гидроксида алюминия, включающем предварительную прямоточную сушку влажного гидроксида алюминия в потоке отходящих газов, циклонную сепарацию высушенного гидроксида алюминия, его предварительный прямоточный нагрев в потоке отходящих из верхней части реакционной камеры газов и подачу в нижнюю часть реакционной камеры, обжиг порошкообразного гидроксида алюминия во взвешенном состоянии в восходящем потоке теплоносителя, приготавливаемого путем сжигания топлива в кислородсодержащей газовой фазе, циклонное осаждение полученного глинозема, его многоступенчатое прямоточное охлаждение потоком воздуха, подаваемого к реакционной камере, с получением товарного глинозема, согласно изобретению обжиг порошкообразного гидроксида алюминия осуществляют в две стадии: на начальной стадии - в потоке теплоносителя, приготавливаемого путем сжигания части расходуемого на обжиг топлива в нагретом охлаждаемым глиноземом воздухе при подаче его в нижнюю часть реакционной камеры, и на заключительной стадии - в потоке теплоносителя, приготавливаемого путем сжигания оставшейся части топлива непосредственно в восходящей газопорошковой смеси.

Заявляемое изобретение позволяет обеспечить плавный режим нагрева частиц гидроксида алюминия путем уменьшения тепловой нагрузки, а значит и температуры теплоносителя (до 1450-1100°С), на начальной стадии обжига, исключить локальный перегрев частиц материала и уменьшить образование нежелательной модификации альфа-глинозема. Кроме того, снижение тепловой нагрузки и температуры теплоносителя на начальной стадии обжига позволяет уменьшить локальный перегрев поверхностного слоя огнеупорной футеровки в нижней части реакционной камеры, повысить его стойкость и уменьшить загрязнение глинозема частицами разрушаемой футеровки. Вместе с тем, заявляемое изобретение позволяет интенсифицировать нагрев материала путем увеличения тепловой нагрузки и поддержания оптимальной температуры теплоносителя (1400-1100°С) на заключительной стадии обжига, гарантируя полноту обжига гидроксида алюминия.

Осуществление обжига материала в две стадии с подачей общего количества топлива двумя потоками на начальную и заключительную стадии обжига позволяет при различных значениях температуры нагретого охлаждаемым глиноземом воздуха реализовать возможность гибкого варьирования значениями температур и длительностей обжига на упомянутых стадиях. В частности, корректировка значений температур теплоносителя в процессе обжига обеспечивается изменением отношения расходов частей топлива, подаваемого на начальную (часть расходуемого на обжиг топлива) и заключительную (оставшаяся часть расходуемого на обжиг топлива) стадии обжига, а варьирование значений длительностей стадий обжига - изменением расстояния от нижней части реакционной камеры до уровня расположения горелок, через которые осуществляют подачу оставшейся части топлива в поток восходящей газопорошковой смеси. Благодаря этому обеспечиваются полнота обжига, повышение качества товарного глинозема и экономичность процесса термообработки гидроксида алюминия в целом при любой рабочей высоте реакционной камеры, а значит, обеспечивается использование способа в реакторах различных размеров и производительности.

Технических решений, совпадающих с существенными признаками изобретения, не выявлено, что позволяет сделать вывод о соответствии изобретения критерию «новизна».

Заявляемые существенные признаки изобретения, предопределяющие получение указанного технического результата, явным образом не следуют из уровня техники, что позволяет сделать вывод о соответствии изобретения критерию «изобретательский уровень».

Поскольку заявляемое изобретение обеспечивает технический результат, выражающийся в повышении качества товарного глинозема (уменьшение содержания альфа-глинозема и частиц разрушаемой футеровки в готовом продукте), экономичности процесса термообработки в целом и обеспечении возможности использования способа при различных размерах реакционной камеры, и может быть использовано для осуществления процесса термообработки порошкообразного гидроксида алюминия, то можно сделать вывод, что изобретение соответствует критерию «промышленная применимость».

Подтверждение возможности осуществления изобретения изложено в нижеследующем подробном описании процесса термообработки гидроксида алюминия в опытно-промышленных условиях со ссылкой на схематический чертеж.

На чертеже приведена аппаратурно-технологическая схема, реализующая процесс термообработки порошкообразного гидроксида алюминия согласно изобретению и включающая сушильное устройство (например, U-образный газоход) 1, циклонные сепараторы 2 и 5, реакционную камеру 3, устройство (например, трубопровод) 4 подачи высушенного гидроксида алюминия в нижнюю часть реакционной камеры, циклоны 6...9 охлаждения глинозема атмосферным воздухом, горелочные устройства 10 и 11 для приготовления теплоносителя на начальной и заключительной стадиях обжига соответственно, вентилятор 12 атмосферного дутья, заслонки 13 и 20 регулирования расходов атмосферного воздуха и отходящих в атмосферу газов соответственно, бункер 14 готового продукта, загрузочное устройство (например, шнековый питатель) 15, групповой циклон-сепаратор 17, трубопровод 18, дымосос 19 для отвода в атмосферу отходящих газов, пылеуловитель (например, электростатического типа) 21, соединительные трубопроводы и трубопроводы подачи топлива с арматурой. Устройство 16 прямоточного нагревания высушенного гидроксида алюминия состоит из трубопровода 18 и циклонного сепаратора 2.

Способ термообработки порошкообразного гидроксида алюминия Al(ОН)₃ включает предварительную прямоточную сушку влажного гидроксида алюминия в потоке откачиваемых дымососом 19 отходящих газов, осуществляемую в устройстве 1 для сушки, циклонную сепарацию высушенного гидроксида алюминия в групповом циклоне 17, его предварительный прямоточный нагрев в потоке отходящих из верхней части реакционной камеры 3 газов, осуществляемый в устройстве 16 прямоточного нагревания, подачу нагретого гидроксида алюминия посредством устройства 4 в нижнюю часть реакционной камеры 3, обжиг порошкообразного гидроксида алюминия в реакционной камере 3 в восходящем потоке теплоносителя, приготавливаемого путем сжигания топлива в кислородсодержащей газовой фазе, осаждение полученного глинозема в циклонном сепараторе 5, охлаждение глинозема потоком атмосферного воздуха, подаваемого вентилятором 12 к реакционной камере 3, при помощи циклонных охладителей 6...9 с получением товарного глинозема, накапливаемого в бункере 14.

Согласно изобретению обжиг гидроксида алюминия осуществляют в реакционной камере 3 в две стадии: на начальной стадии - в потоке теплоносителя, приготавливаемого путем сжигания части расходуемого на обжиг топлива, подаваемого в горелочные устройства 10, в нагретом охлаждаемым глиноземом атмосферном воздухе, нагнетаемом вентилятором 12 через циклонные охладители 6...9 в нижнюю часть реакционной камеры 3, и на заключительной стадии - в потоке теплоносителя, приготавливаемого путем сжигания оставшейся части топлива, подаваемого в горелочные устройства 11, непосредственно в восходящей газопорошковой смеси с обеспечением оптимального температурного режима обжига гидроксида алюминия в реакционной камере 3, причем снижение на начальной стадии обжига температуры теплоносителя до оптимального уровня (1450-1100°С) позволяет исключить локальный перегрев материала и поверхностного слоя футеровки и, как следствие, уменьшить содержание альфа-глинозема и частиц разрушаемой футеровки в товарном глиноземе, а поддержание температуры теплоносителя на оптимальном уровне (1400-1100°С) на заключительной стадии обжига позволяет интенсифицировать процесс термообработки материала, гарантируя полноту обжига гидроксида алюминия.

Управление тепловым режимом реакционной камеры 3 может осуществляться посредством регулирования соотношения расходов топлива, подаваемого в горелочные устройства 10 и 11, и производительности вентилятора 12 и дымососа 19 путем изменения положения регулирующих заслонок 12 и 20 соответственно при обеспечении заданного разрежения в нижней части реакционной камеры.

В зависимости от количества топлива, подаваемого в горелочные устройства начальной и заключительной стадий обжига, обеспечивают температурные режимы и показатели процесса термообработки порошкообразного гидроксида алюминия, представленные в таблице.

Как видно из таблицы, использование заявляемого способа термообработки порошкообразного материала обеспечивает по сравнению с ближайшим аналогом повышение качества товарного глинозема и экономичность процесса термообработки в целом за счет уменьшения образования нежелательной модификации альфа-глинозема примерно на 5%.

Таблица
Диаметр, высота реактора, высота начальной ступени обжига	Расход природного газа	Расход воздуха на входе в реактор	Температура	Содержание α-глинозема	Производительность установки по товарному глинозему
на входе в реактор	на выходе из циклона-сепаратора
воздуха	материала	теплоносителя	материала
Начальная стадия обжига	Заключительная стадия обжига	Всего на обжиг
м	%	м3/ч	%	м3/ч	м3/ч	м3/ч	°С	°С	°С	°С	%	т/ч
2,2/12,5/2,52,2/12,5/2,52,2/12,5/2,52,2/12,5/2,5	25345062	4005508001000	75665038	12001050800600	1600160016001600	26000260002600026000	460460460460	290290290290	1035103510351035	950950950950	5,35,45,55,6	20202020
Прототип (патент RU №2213697)	100	1680	-	-	1680	26000	460	290	1045	950	10,5	20

Способ термообработки порошкообразного гидроксида алюминия, включающий предварительную прямоточную сушку влажного гидроксида алюминия в потоке отходящих газов, циклонную сепарацию высушенного гидроксида алюминия, его предварительный прямоточный нагрев в потоке отходящих из верхней части реакционной камеры газов и подачу в нижнюю часть реакционной камеры, обжиг порошкообразного гидроксида алюминия во взвешенном состоянии в восходящем потоке теплоносителя, приготавливаемого путем сжигания топлива в кислородсодержащей газовой фазе, циклонное осаждение полученного глинозема, его многоступенчатое прямоточное охлаждение потоком воздуха, подаваемого к реакционной камере, с получением товарного глинозема, отличающийся тем, что обжиг порошкообразного гидроксида алюминия осуществляют в две стадии: на начальной стадии - в потоке теплоносителя, приготавливаемого путем сжигания части расходуемого на обжиг топлива в нагретом охлаждаемым глиноземом воздухе, при подаче его в нижнюю часть реакционной камеры, и на заключительной стадии - в потоке теплоносителя, приготавливаемого путем сжигания оставшейся части топлива непосредственно в восходящей газопорошковой смеси.