1. Система Na2o- Al 2o3- Fe2o3-SiO2. Взаимодействие между Al 2o3 , SiO2 и Na2co3.

Взаимодействие между Na₂CO₃ и Al₂O₃ при нагревании

Реакция между этими окислами – одна из наиболее важных в бокситовой шихте, так как в результате этой реакции получается растворимый алюминат натрия.

Реакция между окисью алюминия боксита с содой завершается с образованием метаалюмината натрия – Na₂CO₃ ∙Al₂O₃ (NaAlO₂).

Взаимодействие между содой и окисью алюминия протекает по реакции:

Полное извлечение Al₂O₃ и Na₂O возможно, когда в шихте с=2S, т.е. когда на каждый моль SiO₂ в шихту вводится 2 моля СаО и на 1 моль Al₂O₃ приходится 1 моль Na₂O.

2. Физико-химические основы карбонизации. Способы карбонизации.

Карбонизация алюминатных растворов осуществляется барботированием через раствор смеси газов, содержащих CO₂. Сущность процесса состоит в нейтрализации едкой щелочи с образованием соды:

2NaOH + CO₂ = Na₂CO₃ + H₂O

При взаимодействии алюминатного раствора с углекислым газом, содержание каустической щелочи уменьшается, что ведет к снижению стойкости алюминатного раствора и выделению гидроксида алюминия в осадок:

NaAl(OH)₄ + CO₂ = Al(OH)₃+ NaHCO₃

При глубокой карбонизации, проводимой на второй стадии (в присутствии карбонатной и бикарбонатной щелочей), происходит разложение оставшегося алюмината натрия с образованием гидроалюмокарбоната натрия (Na₂OAl₂O₃2CO₂4H₂O):

2Na(Al(OH)₄) + 2 NaHCO₃ --------- Na₂OAl₂O₃2CO₂4H₂O  + 2NaOH

образование бикарбоната Na₂CO₃+CO₂+ H₂O = 2NaHCO₃

Если сравнить скорости процессов карбонизации и декомпозиции, то в первом случае разложение идет в несколько раз быстрее. Как и при декомпозиции, лимитирующей является стадия, определяемая внешнедиффузионным подводом вещества к поверхности кристаллизации

или в объем раствора, где наблюдается образование ассоциатов и поликонденсация с выделением Al(OH)3.

Температура, при которой происходит карбонизация составляет 70-90 °С и меняется в незначительных пределах. Естественного охлаждения раствора не происходит вследствие протекания экзотермических реакций и тепла печных газов. Регулировать скорость карбонизации можно путем изменения количества подаваемого газа на единицу объема. В промышленных условиях продолжительность карбонизации составляет 6-8 ч.

Разложение полной карбонизацией. Этот способ используется для алюминатных растворов, прошедших глубокое обескремнивания. При производстве глинозема из бокситов раствор подвергают одностадийной карбонизации в присутствии затравки до содержания (3 ÷ 5) г/л Al₂O₃; после отделения гидроксида алюминия маточный раствор (маточник) направляют на выпарку и затем на приготовление шихты для спекания.

При производстве глинозема из нефелина из маточника, полученного при карбонизации, получают соду и поташ. В этом растворе должно быть минимальное количество примесей и Al₂O₃. Карбонизация алюминатных растворов после глубокого обескремнивания может быть осуществлена несколькими способами.

Двухстадийная бикарбонатная карбонизация. Карбонизацию осуществляют в две стадии. Первую заканчивают при концентрации оксида алюминия в растворе (3 ÷ 5) г/л, выпавший гидроксид алюминия отделяют от раствора, который затем снова карбонизируют до получения в растворе (10 ÷ 15) г/л NaHCO₃. На второй стадии карбонизации практически весь оксид алюминия из раствора переходит в осадок, состоящий из смеси гидроксида алюминия, щелочных алюмокарбонатов и ГАСН. Этот осадок отделяют от раствора в сгустителях или на фильтрах контрольной фильтрации и направляют в качестве затравки на первую стадию карбонизации или в содощелочную ветвь.

Одностадийная безбикарбонатная карбонизация. Процесс ведут в одну стадию и заканчивают, когда в растворе еще осталось (2 ÷ 3) г/л Al₂O₃. Если карбонизацию заканчивать с малой скоростью, алюмокарбонаты не образуются, и гидроксид алюминия получается достаточно высокого качества. Маточник используют для производства соды и поташа.

Двухстадийная безбикарбонатная карбонизация. Первую стадию карбонизации заканчивают при концентрации Al₂O₃ (20 ÷ 25) г/л, полученную пульпу подвергают сепарации в гидроциклонах или гидросепараторах. Сгущенную пульпу, содержащую крупные кристаллы гидроксида алюминия, направляют на промывку, затем гидроксид алюминия – на кальцинацию, а слив (раствор с мелкими кристаллами гидроксида алюминия) подвергают дальнейшей карбонизации, которую заканчивают при концентрации Al₂O₃ в растворе (2 ÷ 3) г/л. Гидроксид алюминия отделяют от маточного раствора и используют в качестве затравки для разложения исходного алюминатного раствора