4.2 Спек

Конечным продуктом цеха спекания является спек. Качество спека должно соответствовать требованиям СТП СМК 09.04-2002. Спек – материал серого цвета с зеленоватым оттенком, представляет собой смесь твердых растворов химических соединений, основными из которых являются алюминат натрия (Na₂O Al₂O₃ – NA) и двухкальциевый силикат (2CaO SiO₂ – C₂S).

Средний химический состав спека:

- массовая доля оксида алюминия (Al₂O₃), % 15,2 – 16,2

- массовая доля суммы оксидов натрия

и калия в пересчете на оксид натрия

(Na₂O +0,659 K₂O), % 9,8 – 10,2

- массовая доля диоксида кремния (SiO₂), % 23,3 – 23,5

- массовая доля оксида кальция (CaO), % 42,2 – 42,8

- массовая доля оксида магния (MgO), % 1,2 – 1,3

- массовая доля оксида железа (III) (Fe₂O₃), % 2,9 – 3,1

Основными параметрами оценки качества спека являются:

- извлечение оксида алюминия в щелочной раствор при стандартных условиях;

- прогнозируемое извлечение оксида алюминия;

- пористость в парафине;

- влагоемкость;

- кристалличность;

- содержание в % C₂S и C₂S и их отношение.

Величина извлечения оксида алюминия из спека при выщелачивании, проводимом при стандартных условиях, показывает, какая часть оксида алюминия, находящегося в спеке, может перейти в раствор и затем при дальнейшей переработке образовывать готовый продукт – глинозем.

Величину прогнозируемого извлечения оксида алюминия определяют рентгенодифракционным методом на рентгеновском аппарате типа ДРОН.

Метод основан на дифракции рентгеновских лучей на кристаллах и зависимости интенсивности дифракционного отражения от концентрации определяемой фазы, распределенной в исследуемом поликристаллическом веществе.

Используя уравнение множественной регрессии, полученное в результате непосредственной корреляции интенсивности дифракционных максимумов в рентгеновском спектре спека со стандартным извлечением оксида алюминия, можно рассчитать прогнозируемое извлечение.

Алюминат натрия (NA) – это основной минерал, из которого извлекают оксид алюминия при гидрохимической переработке. В рентгеновском спектре спека ему принадлежит дифракционный максимум – 0,295 нм. Чем выше высота данного дифракционного максимума, тем больше прогнозируемое извлечение оксида алюминия в этом спеке. Прогнозируемое

извлечение определяют в спеке с каждой печи и в объеденной пробе. Уровень извлечения колеблется от 80 % до 92 %, поскольку часть оксида алюминия образует нерастворимые в щелочах соединения с

рядом компонентов, входящих в состав спека и 100-процентное извлечение оксида алюминия получить невозможно.

Пористость, определяемая в парафине, и влагоемкость спека, определяемая количеством поглощаемой воды, характеризуют физическую структуру спека, которая в основном зависит от температуры спекания и количества образующейся жидкой фазы. Наиболее оптимальной считается пористость в пределах от 20 % до 25 %, влагоемкость - от 8 % до 20 %.

Из спеков с такой структурой получается максимальное извлечение полезных компонентов.

Не допускается большое количество оплавленного спека, так как это приводит к потерям глинозема из-за трудной вскрываемости оплавленных частиц. Присутствие в большом количестве мелкой фракции (спек «пылит») свидетельствует о неполном прохождении реакций, т.е. о наличии бракованного спека, что может являться также следствием присадки большого количества технологической пыли с горячего конца, не прошедшей достаточной термической обработки.

Содержание фракции + 20 мм не должно превышать 5 %.

Для оценки степени термообработки спека используется рентгеноструктурный метод.

Методика основана на измерении полуширины дифракционных максимумов 0,295 нм, 0.288 нм принадлежащих соответственно NA и C₂S в рентгеновском спектре спека, снятой на дифрактометре типа ДРОН в определенном режиме. Под полушириной дифракционных максимумов понимают ширину максимума на половине его высоты над уровнем фона.

Кристалличности NA и C₂S характеризуют степень термообработки спека. Чем совершеннее структура полученных в спеке фаз, тем меньше будет полуширина дифрационных максимумов и наоборот. Опытным путем, при сравнении влагоемкости спека с геометрией дифрационных максимумов основных спекообразующих фаз, была установлена зависимость кристалличности NA и C₂S от степени его термообработки и принята градация спека, приведенная в таблице 1.

Т а б л и ц а 1

Градация спека по степени термообработки	Влагоемкость, %	Полуширина дифрационного максимума 0,295 нм (кристалличность NA), мм	Полуширина дифракционного максимума 0,288 нм (кристалличность C2S), мм
«крепкий»	Не более 8	Не более 27	-
«норма»	от 8 до 20	От 27 до 30	Не более 30
«брак»	Более 20	Более 30	Более 30

По кристалличности основных фаз можно судить о полноте завершения физико-химических превращений в процессе спекания.

Для обеспечения высоких показателей извлечения оксида алюминия необходимо обеспечить в процессе спекания хорошую кристаллизацию NA и C₂S, что достигается подбором режима спекания и охлаждения спека.

Инертность C₂S по отношению к щелочным алюминатным растворам и воде в процессе выщелачивания и промывки спеков весьма условна и зависит от особенности синтеза C₂S при спекании и от его фактического состава.

C₂S при спекании шихты формируется не в виде чистого двухкальциевого силиката, а в виде твердого раствора переменного состава со структурой  и , в кристаллической решетке которого размещено значительное количество второстепенных компонентов – Na₂O, K₂O, Al₂O₃, Fe₂O₃ и другие.

α' С₂S – низкотемпературная модификация, которая в большей степени подвержена разложению в алюминатных растворах, что приводит к вторичным потерям оксида алюминия из-за образования гидрогранатов или мелкодисперсного кальцита, ухудшающих процесс фильтрации растворов при выщелачивании.

 С₂S – высокотемпературная модификация. Она более устойчива в алюминатных растворах. Дополнительную информацию о качестве спека дает полуколичественная оценка по содержанию в спеке с ОДС двухкальциевого силиката модификации α' C2S и β С2S и соотношение α'/β, которое не должно быть более 0,5, а содержание α' C2S - не более 20 %.

Оценку качества шихты и спека осуществляет ЦИЛ в соответствии со схемой аналитического контроля. Результаты анализов записываются в сводки анализов и передаются в цех. Оперативно информация о качестве шихты и влагоемкости спека передается через каждые 2 ч персоналу структурных подразделений ОАО «АГК» по телефону и посредством компьютерной сети.