книги из ГПНТБ / Певзнер, И. З. Обескремнивание алюминатных растворов

Здесь также подтверждается резкая тенденция к уменьшению psi алюминатных растворов е повышением: концентрации А120 з.

Эта зависимость подтверждается и кривыми рис. 9. При 170°С за 3 и алюминатный раствор, содержащий 150 т/л А12 0 з, обескремнивался до psi, на 60—80 единиц, меньшего, чем раствор, со 110 г/л А120 3.

Мг03.г/л

ния и концентрацией алюминатного раствора, поступаю­ щего на очистку.

Рассмотрим отдельно влияние концентрации Na20 K и А12 0 з на процесс обескремнивания. По данным работы [33, с. 82—103], при автоклавном обескремнивании раст­ воров, содержащих 100—105 г/л А120 3, с увеличением аобщ за счет На2Ок от 1,9 до 2,9 psi уменьшается с 570— 620 до 235—320. Аналогичная зависимость получена при обескремнивании в мешалках растворов, содержащих

30

80—85 г/л Abos .при увеличении концентрации Na20 Kот 75 до 150 г/л, ак растворов от 1,45 до 2,2 и при постоян­ ной концентрации А120 3*. Анализ этих и других литера­ турных данных показывает, что повышение концентраіции каустической щелочи при постоянной концентрации глинозема уменьшает глубину и скорость обескремнивания алюмннатньих растворов.

Быше указывалось на сложную зависимость раство­ римости FACH от концентрации глинозема. Аналогичное влияние концентрация А120 3. оказывает на глубину и ско­ рость обескремннвания алюминатных растворов. На рис. 12 [29] изображена зависимость растворимости ГАСН от а,( алюминатного раствора при постоянной концентрации Na20 Kи температуре 90°С. При обескремінивании мы приближаемся к равновесным состояниям системы, поэтому, пользуясь данными этого рисунка, можно судить о характере обескремннвания растворов различных составов. В области высокомодульных раст­ воров с увеличением концентрации А120 3 уменьшается растворимость ГАСН. Минимум растворимости дости­ гается при а,; около 4—8. В области низкомодульных растворов с увеличением концентрации А20 3повышается

3 . 4 г, V

Рис. 13. Изменение концентрации Si02 в алюминатом раство­ ре (ак =1,6):

а — 85 г/л А К 03; 6 — 150 г/л А120 3; / — 150°С, 2 — 175°С

* Л а іі и е р А. И.. К о т и е в а Л. У. — «Бгол. ЦИИНЦветмет», 1962, № 7, с. 35—40.

31

растворимость ГАСН и, следовательно, уменьшается глубина обескремнивания.

Алюминатные растворы, поступающие на обескремниванпе, содержат около 100—150 г/л Na20 Kпри ик око­ ло 1,4—1,5. Увеличение концентрации А120з в таких растворах способствует повышению растворимости FACH и ухудшению показателей обескремнивания.

Влияние начального содержания Si02 на глубину и скорость обескремнивания можно проследить по измене­ нию характера кривых на рис. 13 [9, с. 26—39]. Из при­ веденных данных следует, что начальная концентрация кремнезема практически не влияет на глубину обескремнпвання алюминатных растворов. Скорость процесса в первый момент обескремнивания выше при большем по­ ходном пересыщении растворов по кремнезему.

Влияние Na2C03, /Va2S 0 4 и поташа

Источниками соды в алюминатных растворах байеровского производства являются карбонатные бокситы, углекислота воздуха и др., а в растворах от выщелачи­ вания опеков — содово-щелочные растворы, которые ис­ пользуются при выщелачивании спеков, а также пром­ воды от промывки гидроокиси алюминия, углекислота воздуха и др.

Присутствие карбонатной щелочи благоприятно влия­ ет на процесс обескремнивания. Это объясняется образо­

растворах, что способствует увеличению глубины и ско­ рости их обескремнивания. Действие соды на глубину и скорость обескремнивания сказывается наиболее эффек­ тивно при низких температурах [37]. В условиях авто­ клавного обескремнивания (150—170°С, 2—3 ч) присут­ ствие в алюминатных растворах даже больших количеств соды не оказывает заметного влияния на показатели обескремнивания [38]. Na2S04 попадает в .алюминатные растворы при выщелачивании бокситов и спеков. Спеки содержат тем больше сульфатов, чем больше концентра­ ция серы в исходном сырье и топливе, используемом при спекании. Na2S04 действует более эффективно на глуби­ ну обескремнивания, чем сода. Это объясняется образо­ ванием более плотной и менее растворимой структуры ГАСН [9, с. 3—іі6 и 16—£6; 16].

32

Поташ содержится в больших количествах в алюмннатных растворах от выщелачивания нефелиновых спе-

в растворах значительных количеств К2О оказывает от­ рицательное влияние на процесс обескремннвания [39— 42]. Очень трудно обескремниваются чисто калиевые алюминатные растворы. При одних и тех же условиях обескремнивания степень очистки от кремнезема для ка­ лиевых растворов в 3— 6 раз ниже, чем для натриевых [43]. Поэтому для их обескремнивания рекомендуются высокие температуры и большие добавки извести [44]. По данным работы [40], при содержании в алюминатном растворе 25—50% К2О от суммы щелочей Na20 + I<20

концентрация К.2О в алюминатном растворе, тем выше равновесная концентрация Si02 в нем. Эта зависимость выражается следующими значениями:

Отрицательное влияние КгОна обескремнивание объ­ ясняется большей растворимостью калиевых гндроалюмосиликатов по сравнению с натриевыми. Калиевые алюмосиликаты не образуют соединений типа содалитов [5]. По данным работы [46, с. 222], независимо от тем­ пературы и экспозиции, при обескремнивании калиевых

Во всех процессах, ,де образуются щелочные алюмо­ силикаты, выделение калиевых соединений идет значи­ тельно медленнее, чем натриевых [41, 42]. При 95—98°С растворы алюмината калия не выделяют алюмосиликата в течение 1—2 ч, в то время как натриевые в тех же условиях образуют значительное его количество. При обескремнивании смешанных натрпй-калиевых раство-

ров происходит их обогащение кадием, так как в первую очередь из растворов выделяется ГАСН [45].

Влияние различных добавок

Для увеличения скорости обескремииванпя и получе­ ния более чистых по содержанию кремнезема алюминатны'х растворов могут применяться различные химические добавки: известь, соединения железа, спековая пыль, алюминаты кальция и бария, окись и основной карбонат магния, белый, серый и красный шламы, гидроокись алюминия и т. д. Выше было показано, что добавка та­ ких солей, как Na2S04, Na2C03, также способствует бо­ лее глубокому обескремниванию алюмпнатных раст­ воров.

Из этого перечня в практических целях для повыше­ ния эффективности обескремииванпя алюмпнатных раст­ воров е высоким содержанием кремнезема используются в небольших количествах шламы от выщелачивания бок­ ситовых и нефелиновых спеков, или иначе красный и се­ рый шламы и гидроалюмоснликат натрия, полученный в процессе обескремииванпя алюмпнатных растворов. Остальные добавки не используются по ряду причин, основные из которых — недостаточная эффективность обескремииванпя, невозможность использования добав­ ки из-за нарушения технологии на других переделах, вы­ сокие потери ценных компонентов в результате химичес­ кого взаимодействия с добавкой, экономическая нецеле­ сообразность получения добавки и т. д. Так, например, известно, что в присутствии Na2S 0 4повышается скорость и глубина обескремннвания алюмпнатных растворов. Однако эта соль не может быть использована как добав­ ка, так как накапливание ее в оборотных растворах отрицательно сказывается на переделе спекания. При добавках СаО и MgO происходят большие потери гли­ нозема, о чем будет сказано ниже. Использование про­ дуктов обескремннвания с добавкой MgO в шихте при­ вело бы к ухудшению показателей на переделе спекания в результате образования спеков с низкой эвтектикой. Использование соединений железа также нежелательно, так как большие его количества снижают стойкость алюмпнатных растворов и способствуют загрязнению

гидроокиси алюминия железом.

Красный и серый шламы попадают в алюминатные растворы при выщелачивании спеков. Причем их коли­

34

чество зависит от аппаратурно-технологической схемы. При выщелачивании бокситовых спеков в диффузорах вы'нос твердых частичек составляет 5—10 г/л; растворы после ленточного аппарата содержат около 0,5 г/л твер­ дого. При агитационном выщелачивании полученные пульпы фильтруются на фильтрах-сгустителях или лен­ точных фильтрах. В этом случае на обескремнивание по­ ступают алюминатные растворы с минимальным содер­ жанием взвешенных частиц. Наибольшее количество твердого содержится в алюминатных растворах, полу­ ченных от выщелачивания спека в трубчатых аппа­ ратах.

Активизирующее действие небольших добавок серого и красного шламов объясняется их большой адсорбцион­ но-активной поверхностью, обусловливающейся высокой дисперсностью частиц. Эти шламы состоят из продуктов вторичных реакций, которые образуются в процессе вы­ щелачивания спека — натриевого и кальциевого гидроалюмосиликатов, обладающих высокой затравочной ак­ тивностью, а также из ß-2CaO-SiC>2, и геля окиси желе­ за, получаемого в результате разложения феррита на­ трия, и др.

Механизм действия этих составляющих шлама мож­ но выяснить при изучении микроструктуры образующих­ ся осадков. В течение короткого промежутка времени взаимодействия частичек шлама с алюминатным раст­ вором, содержащим много кремнезема, на их поверхно­

ется еще при выщелачивании спеков, то на обескремни­ вание поступает весьма тонкая фракция с хорошо раз­ витой активной поверхностью. Далее выделение кремне­ зема происходит на образовавшейся пленке ГАСН.

Количество красного или серого шлама, используе­ мого при обескремнивании, должно быть небольшим, это связано с тем; что в шламах содержится много ß-2CaO- •Si02. При высоком пересыщении растворов кремнеземоді этот продукт в начале процесса обескремнивания будет разлагаться медленно [49]. Однако по мере обес­ кремнивания растворов будут создаваться благоприят­ ные условия для разложения ß-2Ca0-Si02. Это Приведет к потерям глинозема и щелочи, Чем больше добавка

2* Зак. 497

шламов, тем более высокими будут потери ценных ком­ понентов. Процесс разложения ß-2Ca0-Si02. интенсифи­ цируется в автоклавных условиях. В практических усло­ виях необходимо стремиться к минимальному содержа­ нию в алюминатных растворах взвешенных частиц серо­ го и красного шламов.

Значительно интенсифицирует процесс автоклавного обескремнивания добавка белого шлама (щелочного гидроалюмосиликата) [50, 51]. Этот продукт при взаи­ модействии с алюминатными растворами не вызывает дополнительных потерь глинозема и щелочи сверх рас­ четных на образование гидроалюмосиликата натрия. Ус­ тановлено [50], что при обескремнивании алюминатных растворов, содержащих около 80 г/л А120з при <хк=1,4,

Обескремннвание при атмосферном давлении

Сущность процесса

Высокая активность белого шлама позволила исполь­ зовать его как активизирующую добавку при низких температурах обескремнивания. Исследованию этого процесса применительно кдэбескремниванию алюминат­ ных растворов от выщелачивания бокситовых и нефели­ новых снеков посвящен ряд работ [50—55]. На основа­ нии проведенных исследований предложены способы обескремнивания алюминатных растворов в мешалках при атмосферном давлении1. Показано, что при обес­ кремнивании в мешалках существенно уменьшаются энергетические затраты [56], а также значительно упро­ щается аппаратурно-технологическая схема и уменьша­ ются трудозатраты, так как отпадает необходимость в чистке автоклавных батарей от плотных осадков на их поверхности. Осуществление безавтоклавного обескремнивання на вновь строящихся заводах значительно со­ кратит и капитальные затраты.

не р И. 3. Материалы 1 Международного, симпозиума по алюминию в Чехословакии, 1966.

36

Таблица 2

Результаты обескремнивания алюминатных растворов с добавкой разных мелкодисперсных веществ (98°С, 5 ч, 50 г/л добавки,

фракция — 40 М'КМ = 60°/о)

створов, полученных при выщелачивании нефелиновых и бокситовых спеков [48; 55]1. Результаты опытов, поме­ щенные на рис. 14 и 15;\ показывают, что в присутствии около 100 г/л белого шлама для растворов с концентра­ цией 150 и 85 г/л А120 3 при <хк = 1.4 -f- 1,5 за 4—5 ч пере­ мешивания при 95°С достигаются psi, близкие к получае­ мым при автоклавном процессе. При всех дозировках белого шлама сохранялась стойкость растворов. Каусти­ ческий модуль конечных растворов превышал исходный не более чем на 0,06. Такая же разница в модулях наб­ людается при автоклавном процессе. Это говорит о том, что «икакого самопроизвольного разложения алюминат­ ных растворов при безавтоклавном обескремнивании, как и при автоклавном, не происходит.

При исследовании влияния концентрации АЬОз на показатели обескремнивания установлено, что с увеличе­ нием концентрации глинозема в исходном растворе от 100 до 180 г/л кремневый модуль раствора после обес­

38

39