Hliník  (Aluminium)              13ALIII

Vývoj výroby hliníku

     Angličan DAVY získal pří svých pokusech jako první v roce 1807 slitinu FeAL a rodící se nový kov nazval podle latinského názvu kamenců – aluminium.

     Další, kteří se o rozvoj hliníku zasloužili, byli Američan HALL a Francouz HÉROULT, kteří v roce 1886 požádali nezávisle na sobě o udělení patentu na elektrolytickou výrobu hliníku. Oba ještě používali vnějšího ohřevu. Vnitřní ohřev průchodem proudu se dal patentovat již v roce 1883 Američan BRADLEY.

     Poslední vývoj je charakterizován snahou vyrábět hliník ze surovin přímo elektrotermickými způsoby, a to z nebauxitových surovin, jako jsou jíly, kaolíny, nefeliny, popely aj., které jsou dostatečné zásoby. Jinak základem výroby Al2O3 zůstává stále bauxit.

 

Fyzikální vlastnosti

 

     Relativní atomová hmotnost …     26,98

     Měrná hmotnost při 20°C                  2,7  g/cm3

                   Při 700°C               2,38 g/cm3

                   Při 950°C          2,3  g/cm3

     Bod tání – Al 99,996%            660,24°C

                Al 99,5%              658°C

     Bod varu                         2 270°C

     Měrný elektrický odpor při 20°C   0,028 Ωmm2/m

 

Nejvýraznější vlastností hliníku je jeho nízká měrná hmotnost, která však nemá nepříznivý vliv na jeho mechanické vlastnosti, tj. na pevnost, kujnost, tažnost a tvářitelnost. Všeobecně se hliník uplatňuje jako výborný vodič tepla a elektrického proudu.

 

Chemické vlastnosti

 

     Hliník má značnou afinitu ke kyslíku, a proto se na vzduchu pokrývá tenkou, ale pevnou souvislou vrstvou kysličníku, která jej chrání před další oxidací. Proto je hliník stálý proti vodě i proti páře za vyšší teploty. Je rovněž odolný proti korozi mnoha chemickými látkami.

     Hliník je schopen redukovat kovy z jejich kysličníků, proti kterým má větší afinitu ke kyslíku. Na této vlastnosti je založena zvláštní hutnická výroba – aluminotermie.

     Ve sloučeninách je hliník obvykle trojmocný. (Jako, že nabízí 3 elektrony ze svých 13 k ostatním atomům k udržení vazby).

 

Použití hliníku

 

     Hliník je velmi měkký kov, jehož legováním se získávají slitiny, které téměř dosahují hodnot jako měká ocel při přibližně třetinové měrné hmotnosti.V průmyslu používané slitiny lze rozdělit na dvě hlavní skupiny:

 

a)     slévárenské slitiny – Al-Si, Al-Si-Cu, Al-Cu, Al-Mg, Al-Zn aj.

b)     slitiny pro tváření – Al-Cu-Mg, Al-Mg-Si, Al-Mg, Al-Zn-Mg aj.

 

Hliník a jeho slitiny se využívají především ve strojírenství a při konstrukcích dopravních prostředků (umožňují snížit váhu výrobku).

  Velmi často se hliník používá v elektrotechnice, kde se z něj vyrábějí sběrnice, VN vodiče aj. jako např. lana Al-Fe.

 

SUROVINY

 

Hliník je v přírodě je vázán ve sloučeninách. Tvoří 7,45% a spolu s křemíkem přes 35% zemské kůry.

 

 

 

Název

Chemický vzorec

Teoretický obsah Al2O3

[%]

Korund

Diaspor, boehmit

Spinel

Hydrargilit, gibsit

Kyanit, silimanit

Kaolín

Wavellit

Alumit

Nefelin

Kryolit

Leucit

živec

Al2O3

Al2O3.H2O

Al2O3.MgO

Al2O3.3H2O

Al2O3.SiO2

Al2O3.2SiO2.2H2O

4AlPO4.2Al(OH)3.9H2O

K2SO4.Al(SO4)3.4Al(OH)3

(Na,K)2O.Al2O3.2SiO2

Na3AlF6

K2O.3Al2O3.4SiO2

K2O.Al2O3.6SiO2

100

84,16

71,65

65,37

62,92

39,49

38,0

37,0

33,0

24,3

23,36

18,31

   

Hliníkaté suroviny je možno rozdělit zhruba do pěti skupin:

 

1.     bauxity (gibsit, diaspor, boehmit Hydrargilit)

2.     nefeliny (nefelin, živec)

3.     bezvodé aluminosilikáty (kyanit, silimanit, andalusit)

4.     hydroalumosilikáty (kaolinit)

5.     sírany (alumit)

 

Suroviny pro výrobu hliníku mohou být též popel z uhlí. Nejhledanější surovinou pro výrobu Al2O3 je bauxit, neboť umožňuje vyrobit kysličník s poměrně malými náklady. Al2O3 je v bauxitu obsaženo jako hydrát – diaspor, boehmit, hydrargilit. Další složky jsou SiO2, Fe2O3, TiO2,a voda. Množství jednotlivých složek a ostatních příměsí (Na, K, P, V aj.) kolísá podle naleziště.

     Podle mineralogické formy Al2O3, se rozeznávají  bauxity boehmické, diasporické nebo hydrargilické. Barva bauxitů se mění podle chemického složení, vyskytují se bílé až temně červené, nejčastěji jsou ovšem hnědé nebo cihlově červené.

     Jakostním znakem bauxitu je jeho křemíkový modul M=,

Tj. hmotnostní poměr Al2O3 a SiO2. Podle tohoto modulu jsou bauxity rozděleny do tříd a řídí se jím jejich použitelnost:

 M>10    prvořadé bauxity, vhodné pro výrobu Bayerovou metodou,

3<M<10   druhořadé bauxity, vhodné pro spékací nebo kombinovanou metodu

 M<3 nevhodné pro výrobu Al2O3.

 

Výroba Al2O3 z bauxitu

 

     Kysličník hlinitý, jako hlavní mezičlánek při výrobě hliníku, je výchozí surovinou pro elektrolýcz.

     Pro výrobu Al2O3 je možné použít většinu rud. Rozmanité typy rud a různý obsah nečistot vyžadují různé výrobní postupy (zásadité, kyselé), vždy je však pro lektrolýzu nutná dostatečná čistota Al2O3, s co nenížšími výrobními náklady. Nejběžnější jsou zásadité výrobní způsoby, jimiž se vyrábí více než 90% světové produkce Al2O3. Zásadité postupy výroby Al2O3 lze rozdělit na:

a)     Bayerovou metodu

b)     Spákací metodu

c)     Kombinované způsoby

Volba použitého způsobu se řídí modulem bauxitu. Např. pro první metodu je vhodný obsah SiO2 do 5%.Jinak další dvě.

 

Bayerova metoda

 

Je založena na vratné reakci:

 

Al(OH)3 + NaOH = NaAlO2 + 2H2O,

 

tzn. Že Al(OH)3 obsažený v bauxitu, se v louhu sodném rozpouští a tvoří hlinitan sodný. Zředěním a ochlazením roztoků probíhá reakce zprava do leva a hydrát krystalizuje.

 

 

 

Vlastnosti hlinitanových roztoků

 

  Vzniklé hlinitanové roztoky jsou charakterizovány určitou koncentrací Al2O3 a Na2O vyjádřenou v g/dm3. Přítomný louh je buď volný jako NaOH, nebo hlinitanový a uhličitanový. Součet louhu volného a hlinitanového se nazývá kaustický louh – Na2Ok. Molekulární poměr Al2O3 a Na2Ok se nazývá kaustický modul

 

 

 Čím vyšší je αk, tím stálejší jsou hlinitanové roztoky. V provozních podmínkách se nejčastěji pracuje s modulem nad 1,5.

  Rozpouštění Al(OH)3 probíhá až do dosažení rovnovážného stavu. To znamená, že každému rovnovážnému roztoku odpovídá při dané teplotě přesně stanovená koncentrace Na2O a Al2O3. Vyznačením těchto koncentrací a spojením získaných bodů obdržíme rovnovážné izotermy hlinitanových roztoků. (obr79)

  Maximum izotermy představuje rovnováhu Al(OH)3-NaAlO2. Levá větev znázorňuje rovnovážný stav mezi Al(OH)3 a NaOH, pravá větev rovnovážný stav mezi NaAlO2 a NaOH.

  Pro Bayerovou metodu má význam oblast nad levou větví, kde jsou roztoky přesycené Al(OH)3, a tedy nestálé a podléhající rozkladu. Pod levou větví jsou roztoky nasycené, stabilní a schopné rozpouštět Al(OH)3.

 

 

 

Technologie loužení

 

Na stupeň vyloužení Al2O3 má vliv zejména:

 

a)     Mineralogická forma a struska rudy – loužitelnost není stejná. Pro diaspor se používá koncentrace louhu 290 až 310 g/dm3 Na2O, teploty 220 až 225°C, zatímco pro boehmit koncentrace 230 až 300 g/dm3 Na2O, teploty 225°C a pro hydrargilit jen 120 až 160 g/dm3 Na2O a 150°C.

b)     Doba loužení – delší doba loužení vždy zvyšuje výtěžek Al2O3. Koncentrace Al2O3 vy výluhu nejprve rychle stoupá a pak se asymptoticky přibližuje svému maximu.

c)     Koncentrace loužidla má podstatný vliv. V praxi se používá koncentrací 350 g/dm3 Na2O. Vyšší koncentrace způsobují řadu technologických potíží.

d)     Teplota loužení – s vyšší teplotou se při jinak stejných podmínkách doba loužení zkracuje.

e)     Kaustický modul – je-li nízký, zpomaluje loužení a snižuje stabilitu roztoku

 

     Kysličníky železa do roztoku nepřecházejí a zůstávají v nerozpustném zbytku, v tzv. červeném kalu.

Kysličník křemičitý se v louhu rozpouští podle rovnice:

 

SiO2 + 2NaOH = Na2O.SiO2 + H2O

 

Vzniklý křemičitan reaguje s hlinitanem NaAlO2 na nerozpustný alumosilikát – natrolit

 

2NaAlO2 + 2(Na2O.SiO2) + 4H2O = Na2O.Al2O3.2SiO2.2H2O + 4NaOH

    

Tím se sice roztok zbavuje nežádoucího SiO2, ale ztrácí současně louh a Al2O3. Právě proto je obsah SiO2 v bauxitu limitujícím činitelem vhodnosti bauxitu pro zpracování Bayerovou metodou.

     Kysličník Al2O3 se vyluhuje za vyššího tlaku, než je tlak atmosférický ve zvláštních nádržích v tzv. autoklávech. Autoklávy jsou buď s nepřímým ohřevem, které jsou opatřeny topným hadem a míchadlem, nebo s ohřevem přímým, kde se topná pára vede přímo do rmutu.

Autoklávy s nepřímým ohřevem jsou poměrně nevýhodné. Míchání je totiž nedokonalé a míchadlo se špatně utěsňuje. Přestup tepla stěnou trubek je pro vzniklé usazeniny nedokonalý. U autoklávů s přímým ohřevem promíchá přiváděná pára rmut velmi dobře. (obr80_82)

     Autokláv je ocelový válec s kuželovitým dnem, jehož obsah je 25 až 30 m3. Periodicky pracující autoklávy se obvykle spojují v baterie pro nepřetržitou práci. Rmut z posledního autoklávu jde do míchačky k dalšímu zpracování. Autoklávový rmut se ředí přibližně dvojnásobným množstvím promývacích vod z červeného kalu.

Červený kal se odděluje v nepřetržitě pracujících zhušťovačích typu Dorr při teplotě 90 až 100°C. Zahuštěný kal se promývá vodou. Hlinitanový roztok se zahušťuje obsahuje asi 0,1 g/dm3 tuhých látek, a musí se proto filtrovat na filtrech různé konstrukce. Po výstupu z baterie se tyto roztoky ředí na roztok s obsahem do 130 g/dm3 Al2O3 a kaustickým modulem 1,6 až 1,8. Ředěním se ulehčuje promývání, zahušťování a filtrování červeného kalu, kromě toho se má zlepšit i odkřemičení.

     Čirý roztok hlinitanu se podrobí hydrolýze – dekompozici podle reakce:

NaAlO2 + 2H2O = NaOH + Al(OH)3

 

Rozkladem roztoku probíhá poměrně pomalu, a proto je nutno zajistit tyto podmínky:

a)     náležitě roztok zředit

b)     dostatečně ochladit

c)     dobře očkovat vhodnou násadou v přiměřeném množství.

 

Roztok se ředí již po autoklávování v míchačkách před usazováním v zahušťovačích Dorr. Po ochlazení na 60°C se používají výměníky tepla. Do vymíchávačů se dávkuje násada, což je vlastně hydroxid hlinitý získaný v minulém cyklu. Dávkuje se ve formě hustého alkalického kalu bílé barvy, který lze ještě čerpadly dopravovat. Násada je důležitým urychlujícím činitelem rozkladného pochodu, protože v roztoku vytváří velké množství krystalizačních center a hydroxid hlinitý má místo koloidní formy strukturu na pohled krystalickou. Množství násady odpovídá přibližně množství, které chceme získat.

     Rozklad probíhá v dekompozérech. Jsou to velké válcové nádoby se vzdušným mícháním – aerolitem. Je to tenká trubka, do které se vhání vzduch. Ten se mísí se rmutem a vzniká směs, která má nižší měrnou hmotnost, stoupá vzhůru. Rozkladné nádrže mají průměr 7 až 8 metrů, výšku 25 až 28 m, tj, obsahují 1000 az 1400 m3. Plášť je na vnější straně chlazen vodou. Teplota se při pochodu snižuje až na 30°C, doba rozkladu je 80 až 100 hodin.

     Po ukončení rozkladu jde hydrátovaný rmut do systémů zahušťovačů a hydroseparátorů. Oddělený Al(OH)3 se ještě protiproudově promývá. V hydroseparátorech se oddělí jemný podíl, který se používá jako násada pro další cyklus. Filtruje se hydroxid s hrubším zrnem, a to obvykle na bubnových vakuových filtrech, kde se ještě dále promývá.

     Matečný roztok ze zahušťovačů se vede do odparek. Zahuštěný roztok se po vyloučení sody, která v roztoku vzniká reakcí uhličitanů s louhem, a po přidání čerstvého NaOH vrací jako oběhový na počátek Bayerova pochodu.  

 

2NaOH + CO2=Na2CO3 + H2O

 

Vzniklá soda se kaustifikuje přídavkem vápna:

 

Na2CO3 + Ca(HO)2 = NaOH CaCO3

 

Odfiltrovaný hydrát se kalcinuje. Žíháním se z něho odstraňuje voda a převádí se na bezvodý αAl2O3:

 

Al(OH)3  [225°C]  → AlOOH  [500°C] → γAl2O3 [950-1200°C] → α-Al2O3

 

 

γAl2O3 je již také bezvodý, ale značně hygroskopický.

     Kalcinace probíhá v rourových rotačních pecích o délce 50 až 150 m a průměru 2 až 5 m, při teplotě 1200 až 1300°C. Vžíhaný materiál padá do rourového rotačního chladiče a pneumaticky se dopracuje do zásobních sil.

 

V poslední době se investičně nákladné mnohastupňové autoklávové baterie nahrazují trubkovými reaktory.(obr77 2k). hlavní součástí trubkového rektoru je reakční trubka opatřená pláštěm, kterou proudí bauxitová suspenze. Jednotlivými úseky pláště této vnitřní trubky pak proudí suspenze červeného kalu, brýdová pára z expanzních stupňů a tavenina soli, sloužící jako nosič tepla. Tímto způsobem se rmut ve vnitřní trubce ohřívá až na teplotu 280 až 300°C. Vysoká reakční teplota a turbulentní proudění zajišťuje vysokou rychlost reakce; doba rozkladu se tak sníží např. ze 40 minut v autoklávové baterii na 1 minutu v trubkovém reaktoru při stejném stupni vyloužení. Dále se snižuje potřebný objem zařízení a hlavně se dosáhne až 40% úspory energie.

     Červený kal se odděluje v zahušťovačích při teplotě 90 až 100°C. Zahuštěný kal se promývá vodou a hlinitanový roztok se filtruje.

     Čistý roztok hlinitanu se podrobí hydrolýze, takže reakce proběhne opačným směrem:

 

NaAlO2 + H2O = NaOH + Al(OH)3

 

Rozklad solí probíhá poměrně pomalu, a proto je nutno roztok náležitě zředit, dostatečně ochladit a očkovat vhodnou přísadou (jemný hydroxid hlinitý, získaný v předchozím cyklu). Po rozkladu viz. výše se kalcinace provádí v rotačních pecích nebo se kalcinace provádí ve fluidní vrstvě (obr 78), kde se dosahuje až o 20% nižší spotřeby paliva při celkové tepelné účinnosti 75%. Tato zařízení mají výkonnost např. 175000t za rok. Moderní provozy se budují na výrobnost 300 000 až 1 200 000 t Al2O3 za rok.

     Nepříjemným odpadem z výroby Al2O3 je „červený kal“, který se dosud shromažďuje na odkladištích. (možná už ne náměty rád přijmu)

 

 Spékací metoda

 

     Při zpracování bauxitů s vyšší obsahem SiO2 Bayerovou metodou stoupají výrobní náklady. Surovinu o obsahu 8% SiO2 a modulu 5 je tedy výhodnější zpracovávat metodou spékací. O tom, zda je ještě Bayerova metoda účelná pro určitou jakost nízkomodulových bauxitů, je nutno vždy rozhodnout vzhledem k místním podmínkám (levné palivo, soda-louh aj.).

     Princip metody záleží v tom, že Al2O3 obsažený v bauxitu se přídavkem sody za vysoké teploty převede na rozpustný hlinitan a SiO2 při těchto teplotách reaguje s přídavným vápencem na nerozpustný křemičitan. (obr84)

 

Příprava vsázky

 

Drcený bauxit a vápenec se melou za mokra v kulovém mlýně s roztokem oběhových produktů. Jednotlivé složky se do mlýna dávkují v potřebném poměru, neboť vsázka musí mít předepsaný sodový a vápencový modul:

 

Sodový modul

 

Vápencový modul

Vsázka se pak přečerpává do korekčních nádrží, kde se podle potřeby složení opravuje. Rmut se v nádržích neustále promíchává stlačeným vzduchem.

 

Spékání

 

Upravený bauxitový rmut se čerpá pod přetlakem 1,47 MPa až 1,96 MPa a pomocí trysek se stříká do spékací pece. Účelem spékání je rozložit bauxit při vysoké teplotě. Přítomný Al2O3 reaguje se sodou za vzniku hlinitanu sodného, zatímco nečistoty tvoří nerozpustné sloučeniny. Spékacím prostředkem je vlastně eutektikum, tvořené křemičitanem vápenatým a železitanem sodným.

     Reakce se zúčastňují složky, tj. Al2O3, Na2O, Fe2O3 a CaO.

 

Při teplotě 700 – 1100°C:

 

Al2O3 + Na2CO3 = Na2O.Al2O3 + CO2

Fe2O3 + Na2CO3 = Na2O.Fe2O3 + CO2

 

Nad 900°C reagují spolu vzájemně:

 

Na2O.Fe2O3 + Al2O3 = Na2O.Al2O3 + Fe2O3

 

Při 800°C nastává reakce mezi SiO2 a Na2CO3

 

SiO2 + Na2CO3 = Na2O.SiO2 + CO2

 

A vzájemným působením při teplotách kolem 1200°C vzniká

 

Na2O.Al2O3.2SiO2 a Na2O.Al2O3

 

Při teplotách 1150 – 1250°C probíhá reakce mezi SiO2 a CaO:

 

Na2O.SiO2 + 2CaO + Al2O3 = Na2O.Al2O3 + 2CaO.SiO2

Na2O.Al2O3.2SiO2 + 4CaO = Na2O.Al2O3 + 2(2CaO.SiO2)

 

     Na začátku pochodu (do 550°C) se hydroxidy Al vysušují. Při 700°C nastává reakce mezi Na2CO3 a Al2O3 a Fe2O3. Při 900°C je z feritu vytěsňován Fe2O3. Při 800°C energicky proběhne rekce mezi SiO2 a Na2CO za vzniku metasilikátu, který při teplotě 1200°C reaguje s hlinitanem na alumosilikát. V intervalu teplot 1000°C – 1100°C, při malých koncentracích sody, reaguje Al2O3 s CaO a nakonec při 1100°C vzniká reakcí CaO a SiO2 ortokřemičitan 2CaO.SiO2

     Spékání probíhá v rotačních pecích délky 50 až 150 m a průměru 2 – 5 m. Pece jsou uvnitř vyzděny ohnivzdorným materiálem. Studeným koncem pece přivádí vsázka, která postupuje pecí a přitom se ohřívá proti ní jdoucími horkými spalinami. Horký konec pece slouží k přívodu paliva a je opatřen hořáky. Zde vypadává slínek do chladiče délky 20 až 30 m a průměru 1,2 až 2 m. Kouřové plyny se odtahují, čistí se od prachu strženého průchodem prašnou komorou, elektrofiltrem a skrubrem a používají se ke karbonizaci.

     Slínek velikosti maximálně 10 mm se dopravuje k loužení. Větší kusy se oddělují třídícím roštem a pak se drtí.  

 

Loužení

 

     Účelem je rozpustit hlinitany obsažené ve slínku a převést co největší množství Al2O3 a Na2O do roztoku. Vyluhuje se obvykle horkou vodou. Hlinitan sodný je ve vodě snadno rozpustný, ale v závislosti na různých činitelích(αk, teplota, koncentrace, doba) může nastat jeho hydrolýza, což v tomto úseku nežádoucí. Je naopak výhodná hydrolýza feritu, při níž uvolněný louh zvyšuje kaustický modul roztoku:

 

Na2O.Fe2O3 + 4H2O = 2Fe(OH)3 + 2NaOH

 

Ostatní složky spečence se při loužení chovají podle těchto reakcí:

2CaO.SiO2 + 2H2O = Ca(OH)2 + CaO.SiO2.H2O

v roztoku hlinitanu:

3(2CaO.SiO2) + 6NaAlO2 + 15H2O = 3(Na2O.SiO2)+2(3CaO.Al2O3.6H2O)+2Al(OH)3

 

Tyto reakce probíhají však velmi pomalu, a proto dikalciumsilikát zůstává prakticky v kalu.

     Křemičitan sodný se však v hlinitanovém roztoku sráží jako natrolit:

2(Na2O.SiO2) + 2NaAlO2 + 4H2O = Na2O.Al2O3.2SiO2.2H2O + 4NaOH

 

Hlinitan vápenatý se dá roztokem sody převést na hlinitan sodný  a CaCO3:

 

CaO.Al2O3 + Na2CO3 = 2NaAlO2 + CaCO3

3CaO.Al2O3.6H2O + 3Na2CO3 = 2NaAlO2 + 3CaCO3 + 4NaOH + 2H2O

 

Proto je nutné, aby v loužicím roztoku byla nejméně jedna molekula Na2CO3 na každou molekulu CaO hlinitanu vápenatého.

     Loužení probíhá protiproudně v baterii difuzérů o 10 až 14 členech. Obvyklé rozměry difuzérů (obr85) – průměr 1,5m, výška 5,5m a objem 8m3. Při jednom naplnění pojme 6 až 7 tun.

     Vyluhovací roztok přichází do difuzéru, ve kterém je nejvíce vyloužený slínek a koncentrovaný se odvádí z difuzéru čerstvě naplněného. Spojení difuzérů umožňuje takové uspořádání, že každý může být první i poslední v baterii.

     Roztok, který vychází s difúzní baterie, má v průměru toto složení:

Na2Ocelk  150 – 160 g/dm3

Na2Ok      140 – 150 g/dm3

Al2O3      140 – 160 g/dm3

SiO2      5 – 8 g/dm3

SO3       15 - 22 g/dm3

V2O5      0,15 – 0,25 g/dm3

 

Obr. 85 Difuzér 

1- plášť

2- plnící otvor

3- vyprazdňovací otvor

4- vrchní kryt

6- hydraulické otvírání dna

7- perforované dno

8 těsnění

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Odkřemičování

 

     Účelem je co nejvíce odstranit z výluhu SiO2. Nejrozšířenější jsou dva způsoby:

     a)dlouhodobý ohřev ostrou párou v autoklávech při teplotě asi 170°C, kdy vzniká křemičitan hlinitosodný, tzv. bílý kal – Na2O.Al2O3.2SiO2.2H2O.

     b) Ohřevem a současným přídavkem CaO, kde vzniká CaO.Al2O3.2SiO2.2H2O.

Stupeň odkřemičení charakterizuje tzv. křemíkový modul

 

 

který se obvykle u odkřemičených roztoků pohybuje okolo 500.

Odkřemičení probíhá v baterii autoklávů o obsahu asi 30 m3, spojených za sebou. Výluh se ohřívá nepřímo. Vzniklá kaše se vede do zahušťovačů, kde se oddělí bílý kal, který se používá v dalším cyklu jako násada. Přepad ze zahušťovačů se čerpá na kalolisy a usazeniny se vracejí do výroby.

 

 

Karbonizace

 

Hlinitanový roztok se u spékací metody rozkládá karbonizací, protože se současně s Al(OH)3 získává působením CO2 z kouřových plynů i roztok sody.V první fázi nastává neutralizace volného louhu:

2NaOH + CO2 = Na2CO3 + H2O

Ve druhé fázi probíhá hydrolýza hlinitanového roztoku prudkým snížením kaustického modulu:

NaAlO2 + 2H2O = Al(OH)3 + NaOH

 

Vznikající louh sodný se ihned neutralizuje CO2.

     Obsah SiO2 v odkřemičeném roztoku je při karbonizaci téměř stejný, ovšemteprve ke konci se rovněž vylučuje. Podle potřeby se používá buď karbonizace úplné, nebo částečné, kdy je možno získat Al(OH)3 s velmi malým obsahem SiO2 a při druhém stupni produkt horší kvality (obr.86)

     Karbonizace probíhá ve válcových, tepelně izolovaných nádobách s mechanickými míchadly (obr.87). Výška karbonizátoru je asi 10 m, objem 200 až 300m3. Vyloučený hydrát se oddělí od matečného roztoku v zahušťovačích, promývá se, filtruje a kalcinuje podobně jako u Bayerovy metody. Matečný roztok se zahustí na odparkách a vrací se jako oběhový do přípravy vsázky.

 

Obr. 87. Karbonizér

 

Kombinované způsoby

 

     Bayerův způsob a spékací metodu lze výhodně kombinovat, ať již za účelem náhrady louhu sodou, nebo pro zpracování bauxitů s vyšším obsahem SiO2. Používají se dva způsoby:

 

Metoda kombinovaná paralelní(obr89)

 

     Je vhodná zvláště v tom případě, zpracovávají-li se současně bauxity dobré i špatné jakosti. Metoda je tvořena větví Bayerovu pro bauxity s vysokým modulem a větví spékací pro bauxity s nízkým modulem.

     Metoda má výhody proti samotnému Bayerovu způsobu v tom, že místo louhu používá levnější sodu, která se dávkuje do spékací větve. Odpadá karbonizace, spotřeba paliva je nižší. Směs hlinitanových roztoků má nižší kaustický modul, takže dekompozice může proběhnout v kratší době.

 

Metoda kombinovaná postupná (sériová)(obr89)

 

     Požívá se hlavně pro zpracování bauxitů s nízkým modulem. Je to vlastně zdokonalení spékací metody.

     Nejdříve se bauxit rozkládá v autoklávu Bayerovy větve a získaný červený kal se dodatečně spéká. Výluhy se zpracovávají dvěma způsoby:

V I. Variantě se hlinitanový roztok ze spékání nejdříve odkřemičí a po smíchání s výluhem z Bayerovy větve se společně vymíchává.

Ve II. Variantě se hlinitanový roztok z difuzérů vrací do Bayerovy větve a přidává se k bauxitovému rmutu do autoklávu.

     Výhodou této metody je snížení množství materiálu zpracovaného spékáním, což umožňuje zmenšit potřebný objem pecí a spotřebu tepla. Získá se podstatná část Al2O3 a Na2O z červeného kalu. Kysličník Al2O3 vyrobený touto cestou má nižší obsah SiO2 než u spékací metody.

 

 

 

obr. 88             obr. 89.

Pozor! pokračování Hliník 2.