1. Влияние различных факторов на показатели карбонизации алюминатных растворов.

На карбонизацию алюминатных растворов влияют различные факторы:

Состав исходного раствора. Если строение, размеры частиц гидроксида алюминия и содержание Na₂O в нем определяются условиями карбонизации, то чистота его по SiO₂ и Fe₂O₃ зависит от чистоты раствора и газа. Раствор должен быть хорошо осветлен после возможно лучшего обескремнивания. Растворы силиката натрия при карбонизации выделяют кремневый гель, который способен растворяться в крепких содовых растворах:

mNa₂CO₃+SiO₂·nH₂O+ aq = mNa₂CO₃ + SiO₂ + aq

гель золь

Однако этого при карбонизации алюминатных растворов не наблюдается: кремнезема после полной карбонизации остается в маточном растворе всего сотые доли граммов на литр независимо от содержания в нем соды. Отсюда следует, что кремнезем выпадает при карбонизации не в виде примеси студенистого геля в гидроксиде алюминия, способного пептизироваться в содовом растворе, а в составе гидроалюмосиликата натрия.

Температура. Нагрев растворов при карбонизации благоприятствует росту частиц гидроксида алюминия; на холоду же из раствора выпадает глиноземный гель. На заводах растворы греют лишь настолько, чтобы обеспечить получение гидроксида алюминия с частицами размером (60 ÷ 80) мкм. Оптимальная температура карбонизации зависит от продолжительности процесса, концентрации газа и раствора, скорости перемешивания и других условий. Обычная температура карбонизации на заводах (70 ÷ 80) °С. Чем выше в этих пределах температура, тем больше расходуется пара. При медленной карбонизации, то есть меньшей скорости подачи газа в раствор, температура может быть снижена до (60 ÷ 65) °С без ухудшения зернистости гидроксида алюминия. Но средний размер сростков в гидроксиде алюминия при такой температуре убывает, а содержание отмываемой щелочи увеличивается (концентрация неотмываемой щелочи не зависит от температуры карбонизации).Гидроксид алюминия, выпавший при (85 ÷ 65) °С, состоит только из кристаллов гидраргиллита, а после обжига его получается глинозем такой же зернистости, как и из высококачественного гидроксида алюминия от выкручивания. Теплота от усреднения едкой щелочи и кристаллизации А1(ОН)₃ достаточна, чтобы до конца карбонизации поддерживать температуру пульпы на уровне до 65 °С при хорошей теплоизоляции чана. Таким образом, карбонизацию можно вести и без затраты пара, но производительность карбонизаторов неизбежно снизится

Газ. Газ не должен содержать пыли; чем больше в нем СО₂, тем выше производительность карбонизаторов, требуется меньшая мощность компрессоров, с отходящими газами меньше уходит паров воды, следовательно, с ними меньше теряется скрытого явного тепла.Снижение скорости газа вместе с лучшим нагревом пульпы способствует росту частиц гидроксида алюминия. Следовательно, скорость подачи газа должна быть снижена к концу карбонизации, когда резко ухудшается зернистость выделяющегося гидроксида алюминия.

Перемешивание пульпы. При перемешивании гидроксид алюминия получается с лучшими свойствами, чем без перемешивания: с меньшим содержанием щелочи и лучшей зернистостью.

Пульпа перемешивается продуваемым газом, но опыт показал, что этого не достаточно для равномерного распространения поглощения газа в объеме пульпы, много СО₂ теряется. Поэтому в заводских условиях дополняется механическое и воздушное перемешивание. Гидроксид алюминия над впускными отверстиями для газа выпадает быстрей, чем в других местах чана.

Местное застаивание пульпы способствует отложению гидроксида алюминия плотным слоем на стенках чана. Поэтому в чанах карбонизаторах всегда ставят цепные мешалки

Затравка. Затравкой служит выделяющийся гидроксид алюминия, но если затравку добавить перед карбонизацией, то улучшится зернистость гидроксида алюминия и, как утверждают, уменьшится содержание неотмываемой щелочи в нем. Поэтому часть гидроксидной пульпы оставляют в карбонизаторе, чтобы она служила затравкой при следующей карбонизации.

Изучая зависимость содержания щелочи в гидроксиде алюминия от затравочного отношения, можно отметить, что с увеличением затравочного отношения от 0 до 0,8 содержание щелочи в гидроокиси снижается с 0,69 до 0,3 %. Дальнейшее увеличение затравочного отношения не влияет на содержание Na₂O в гидроксиде. В цеховых условиях рекомендуется затравочное отношение (0,8 ÷ 1,0) ед.

При добавке в раствор перед карбонизацией затравки, частицы которой служат центрами кристаллизации, аморфный гидроксид не выделяется, поэтому в гидроксиде, выпадающем в начале процесса, меньше примесей, чем в выпадающем в конце.

Размеры карбонизаторов. С увеличением диаметра карбонизатора ухудшается распределение газа в толще пульпы. Чтобы предупредить неравномерность карбонизации, следует подавать газ через большее число отверстий и сильнее перемешивать пульпу.

Увеличение высоты карбонизатора способствует лучшему поглощению углекислого газа, но при этом должно быть повышено давление дутья. Чем выше столб пульпы в карбонизаторе, тем лучше поглощается СО₂, но не по линейной зависимости [10]. Причина заключается в вихревых движениях пульпы, увлекающей пузырьки газа, отчего увеличивается путь и время пребывания их в пульпе. На зернистость же гидроксида алюминия высота столба пульпы влияния не оказывает.

Глубина карбонизации. Глубину карбонизации выражают в процентах выпавшего из раствора А1₂О₃. От нее зависит чистота гидроксида при данном составе растворов.

Опыты показали, что за первые два часа, когда выделяется всего около 8 % А1₂О₃, с ним отходит примерно столько же кремнезема от содержания его в исходном растворе. При карбонизации до 71,3 % содержание кремнезема в растворе не изменяется, а при дальнейшей карбонизации быстро убывает. Это можно объяснить следующим образом. Алюминатный раствор, разлагаясь, постепенно насыщается кремнеземом, но так как из разбавленного раствора кремнезем кристаллизуется очень медленно, то он начинает выпадать только из сильно пересыщенного натриевым алюмосиликатом раствора. Частичное же выделение кремнезема в первые два часа, как было сказано раньше, связано с тонкодисперсной структурой выпавшего гидроксида алюминия, который обладает большой адсорбционной способностью.

Следовательно, из хорошо обескремненных растворов удается выделить при карбонизации большую часть гидроксида алюминия, в котором примеси SiO₂ к А1₂О₃ много меньше, чем в исходном растворе. Из плохо обескремненных и пересыщенных растворов SiO₂ выделяется в составе алюмосиликата по мере осаждения гидроксида алюминия, в этих случаях выдать много чистого гидроксида алюминия не удается.