3. Об оптимальном гранулометрическом составе нефелиновой шихты и расходе энергии на измельчение.

Оптимальной крупностью измельчения нефелиновой руды в шихте на спекание является крупность, соответствующая 5% остатка на сите 0,08 мм. Измельчение нефелина ниже 3% класса +0,08 мм связано с резким возрастанием энергии на помол и является нецелесообразным, так как ожидаемое увеличение извлечения глинозема и щелочей при этом не сможет компенсировать затрат энергии на измельчение.

Крупность измельчения нефелиновой составляющей шихты, ее развитая поверхность определяют в основном качество получаемого спека и извлечения полезных компонентов из сырья. В процессе спекания значение имеет поверхность компонентов, на границах зерен которых протекают твердофазные термические реакции. Следовало бы в систему контроля качества шихты ввести определение удельной поверхности компонентов, получаемой в процессе измельчения. Однако в настоящее время более простым и дешевым способом контроля является определение остатка на контрольном сите (0,08 мм), который косвенно характеризует поверхность измельченного материала.

Чем тоньше нефелин, тем выше извлечение Al₂O₃. Что касается известняка, загрубление его помола до 7-8 % на сите 0,08 мм оказывает положительное влияние на качество спека. Приведенный в табл. 4 фазовый состав спека позволяет вскрыть особенности протекания реакций спекообразования в нестационарных условиях. Спеки по помолу известняка можно разбить на три группы: от 0,1 до 5% содержания фракций +0,08 мм, от 6 до 12% и более 12%.

В спеках первой группы при загрублении помола нефелина сначала возникает избыток оксида кальция, а затем и избыток щелочи. При онком помоле нефелина (0,1 и 2,7%) в этих спеках образуются малощелочные полиалюминаты. Это объясняется низкой температурой начала взаимодействия компонентов шихты. В результате тонкодисперсные алюминаты, обладающие дефектной кристаллической структурой, в большей степени подвержены термическому распаду с образованием β- Al₂O₃.

Спеки второй группы имеют лучшую кристаллизацию. Здесь основное влияние оказывает измельчение нефелина. При загрублении помола нефелина часть его как бы выводится из процесса спекообразования. При этом, помимо избытка кальция в шихте, увеличивается и избыток щелочи, предназначенный для железосодержащих минералов. Это приводит к образованию неравновесных фаз, нерастворимых при выщелачивании, или к образованию фаз, взаимодействие которых с алюминатным раствором приводит к вторичным потерям Al₂O₃ и Na₂О. Такими фазами являются: натриево-кальциевые силикаты, некоторые кальциевые алюминаты, кальциевые алюмоферриты, кальциево-натриевые алюминаты. Источником потерь Al₂O₃ во всех случаях при загрублении помола нефелина являются карнегиит и промежуточные соединения, образующиеся в результате его взаимодействия с алюминатом натрия и двухкальциевым силикатом. Возрастает также и количество ферритов кальция.

Спеки третьей группы характеризуются наличием свободного оксида кальция, а также α-2СаО·SiO₂, количество которого возрастает по мере загрубления помола нефелина.

При грубом помоле нефелина и тонком помоле известняка происходит при реакции спекообразования смещение в сторону получения алюминатов кальция и кальциево-натриевых алюминатов типа 8СаО·Na₂O·Al₂O₃ за счет избытка оксида кальция в зоне реакции при низких температурах. При этом возрастает количество натриево-кальциевых силикатов из-за избытка щелочи. В результате взаимодействия тонких частиц нефелина и крупных частиц известняка в спеке остается свободный оксид кальция и образуются твердые растворы типа 2NaO·3CaO·5Al₂O₃ или смеси Na₂O·Al₂O₃ с 2NaO·3CaO·5Al₂O₃.

Таким образом, оптимальная дисперсность шихты определяется соблюдением заданного соотношения компонентов в реакционной зоне. При этом максимальный размер частиц должен обеспечивать их равномерное и полное расходование, а минимальный – возможно более позднее вступление карбоната кальция в реакцию. Эти требованиям в большей степени отвечает помол шихты при остатке на сите 0,08 мм 5-7% частиц.

11