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

Влияние температуры на первую стадию обескремгіивания исследовали в интервале 70—100°С; время обескремн'ивания составило 4 ч. Результаты опытов, пред­ ставленные на рис. 17, показывают, что лучше всего про­ водить первую стадию обескремнивания при 95—100°С.

Для выяснения влияния удельной поверхности шла­ ма на показатели обескремнивания последний был раз­ делен на три класса, мкм: +63; —63+50; —50. Иссле­ дования показали, что при равной дозировке (100 г/л) кремневый модуль тем выше, чем тоньше шлам, исполь­ зованный в опыте. Это хорошо подтверждается данными табл. 3.

Таблица 3

Влияние размеров частиц белого шлама на результаты обескремнивания (98°С, 4 ч, 50 г/л добавки)

Для моделирования производственных условий про­ водился цикл опытов по обескреміпіванию алюминатных растворов с .многократным оборотом белого шлама. До­ зировка последнего в каждом цикле поддерживалась по­ стоянной — 100 или 200 г/л:

Для определения числа циклов, которое обеспечило

Исходя из условий, что масса шлама в начале каждо­ го цикла постоянна, получаем

40

циклов, если приращение шла.ма ів каждом цикле равно 15 г/л. Опыты, где число. цвкло.в доводилось до 40, что соответствовало практически полному обновлению шла­ ма, показали, что с увеличением числа циклов активность шлама уменьшилась (рис. 18). Это является следствием укрупнения частиц по мере их оборота.

5—10 г/л красмо-го шлама или тонкоизмельченного ГАСН. В этом случае не происходит укрупнения белого шлама. Мелкие частицы новых веществ с хорошо разви­ той активной поверхностью создают новые центры крис­ таллизации, предупреледая таким образом чрезмерное увеличение размеров зерен белого шлама (см. рис. 18).

Обескремнивание с большим разбавлением раствора в присутствии красного шлама

Алюминатные растворы, полученные при выщелачи­ вании бокситов по способу Байера, содерлот около 250— 280 г/л А120 з и 2—2,5 г/л Si02. Такое содержание крем­ незема приближается к равновесной его концентрации в системе Na20 —А120з—Si02—Н20. В соответствии с тех­ нологией эти растворы разбавляются промывными вода­

41

м;н. Разбавление пульпы облегчает отделение алюминатіного раствора от шла,ма’ при сгущении іи оказывает бла­ гоприятное влияние на последующее разложение алюмтінатно'го раствора выкручиванием.

'При разбавлении не только используются промво­ ды, іно и происходит очистка раствора от 'кремнезема. Это объясняется тем, что при снижении концентрации АІ20 з іи Na20 состав раствора смещается в область метастабильного состояния по кремнезему, что .приводит к его выделению в виде ГАСН.

Присутствие в пульпе большого количества затравки в виде красного шлама, содержащего много ГАСН, спо­ собствует повышению глубины и скорости обескіремннвания. При 95—;Ю0°С в течение інесколькіих часов переме­ шивания достигается pisi =250 5-350.

3. Вторая стадия обескремнивания — в присутствии извести

(глубокое обескремнивание)

Область существования гидрогранатов

всистеме Na20 — AI0O3 — CaO — Si02 — Н20

иих свойства

Алюминатные растворы после первой стадии обескремінивания содержат кремнезем, уровень концентрации которого близок к равновесной концентрации в системе Na20 —А120 з—Si02—Н20. Это значит, что содержание в них кремнезема не может быть ниже уровня, определяе­ мого линией АС (ем. рис. 8) для данных условий (темпе­ ратура, концентрация и т. д.). Например, при обескремнивании в автоклавах при 150°С в течение 2 ч конечное содержание Si02 для растворов, содержащих 80—90 г/л А120з при ак='1,4, составляет 0,2—0,3 г/л, а для раство­ ров, содержащих '140 г/л при том же а к—0,5—0,6 г/л. Дальнейшее увеличение времени выдержки іи повышение температуры очень слабо влияют на степень обескрѳміниваіния.

Такая глубина очистки растворов от Si02 оказывает­ ся недостаточной для получения пидроокиси высоких ма­ рок при производстве глинозема по способу спекания. Дальнейшее повышение степени обескремнивания воз­ можно путем связывания кремнезема ш менее раствори­ мые соединения, чем ГАСН. Установлено [9, с. 48—61;

42

59—70]*, что такое 'Соединение образуется в результате химического .взаимодействия извести с алюмннатным раствором, содержащим кремнезем. Состав его выража­ ется формулой

3Ca0-Al20 3-mSi0wz Н20 или сокращенно C3 A S mHn.

На «рис. 19 показана область существования этого сое­ динения ,в .системе Na20 —А120 3—СаО—Si02—Н20 ів ус­ ловиях проведения глубокого обеокремниваіиия при 98°С,

В области II .механизм обескремниваиия «ной. Об этом свидетельствует прежде .всего резкое качественное улучшение показателей обеекремнивания алюминатных рястворов і(табл. 4).

■Резкое улучшение показателей обескремниваініия про­ изошло в области образования гидрогранатов. Химизм

43

происходящих здесь взаимодействий может быть пред­ ставлен следующей схемой:

3 Са (ОН)2+ 2 NaAlOa + т Na2Si03+ а q Z.

Z- 3 CaO • A120 3• m Si02• n H20 + 2 {m + 1) NaOH + а q. (21

Образовавшееся соединение 3CaO-Al2Oa-/n Si02. ■n H20 имеет природные аналоги. К ним относятся ми­ нералы группы гидрограінатов, представляющие собой непрерывный ряд твердых растворов, где ■крайними чле­

нем будет равно (6—2т) молей. Аналогичные соедине­ ния образуются при взаимодействии извести с алюми­ натными растворами. Поэтому их формулу записывают так:- ЗСаО-А12Ог.-т Si02 (6—2т) Н20, а образующиеся вещества называют гидрогранатами.

(Величина насыщения пидрограиатов кремнеземом т зависит от состава раствора, температуры и времени взаи­ модействия. В условиях /проведения процесса глубокого обескремнивания (85—95°С, содержание Sі02 близко к равновесной концентрации в системе . Na20 —А120 3— —Si>02—<Н20 ) образуются осадки состава ЗСа0-А120 ?Х Х т Si02-re Н20, где т — 0,1—0,2 моля. Если принять

44

т — 0,2, то на каждый моль SіОг, выделенного из раство­ ра в осадок, свяжется в соединение 5 молей А120з. В со­ ставе же ГАСН это отношение равно' 1 : 0,5 или в 10 раз меньше, чем в .составе гидрограната.

Из этого следует, что в целях снижения потерь гли­ нозема процесс обескремнивания следует вести так, что­ бы основное количество Si02, содержащееся в растворе, полученном при выщелачивании спека, выделить в сос­ таве ГАСН.

Зависимость psi обескремненных растворов

от исходного содержания Si02 в них и дозировки извести

Как следует из данных рис. 20, при одинакрвом исход­ ном содержании кремнезема эффективность обеекремнивания тем выше, чем больше отношение CaO:Si02 по массе. .При разном исходном .содержании кремнезема для достижения одинаковой глубины обескремнивания расход извести будет тем больше, чем выше исходная концентрация кремнезема. Это хорошо видно на рис. 21.

45

вывод: глубокую очистку /растворов /от .кремнезема мож­ но достичь двумя путями — либо увеличением дозировки СаО, либо снижением содержания Si02 в исходном ,алю- м'иінатиом растворе. Первый путь связан, как было /пока­

зема при минимальном расходе извести. На практике для получения растворов с p-si= 1000-1- 1200, что обеспе­ чивает получение глинозема высоких марок, дозировку

•извести ведут из расчета СаО : Si02 (мол.) около 30 и 25 соответственно для алюминатных растворов от выщела­ чивания бокситовых и нефелиновых спеков.

Влияние различных факторов на глубокое обескремнивание

Влияние времени перемешивания

На рис. 20 видно, что независимо от дозировки извес­ ти, максимальная скорость обескремнивания достигает­ ся в течение первого — второго часов перемешивания,

* См. сноску на с. 38.

46

дальнейшее перемешиваи-ше слабо влияет на 'содержание SiC>2в растворе.

Влияние температуры

Данные рве. 23 в табл. '5 показывают, что с повыше­ нием температуры увеличиваются скорость в глубина обескремнивания алюминатных растворов ів присутствии извести.

В р ем я , ч

Рис. 23. Зависимость кинетики глубоко­ го обескремнивания алюминатных рас­ творов от температуры, "С:

/—60; 2—70; 3—S0; ‘/—90; 5—98

47

Растворы после первой стадии обеокремніиваніия име­ ют температуру около 98—100°С. При осветлении их от частичек белого шлаіма, а также из-за теплопотерь при перекачках температура снижается до 90—95°С. Соглас­ но данным табл. 5, лучшие показатели обескремнивания получаются именно в этом интервале температур.

Влияние концентрации алюминатных растворов

Результаты исследований, помещенные на рис. 24 [70], показывают, что при одних и тех же 'концентрациях щелочи и исходном содержании кремнезема с увеличени-

48

ем концентраци'и А120з .в растворе снижается степень обескремнивания. Сопоставление полученных результатов с данными, приведенными на рис. 19 для системы Na20 — А12Оз—GaО—SiOo—Н20, показывает, что эта закономер­ ность тем справедливей, чем дальше отстоит состав рас­ твора от равновесной кривой.

Повышение концентрации каустической щелочи ока­

влияния на глубину и кинетику обескремнивания.

В промышленных условиях повышение концентрации глинозема отрицательно влияет на кинетику и глубину обескремнивания алюминатных растворов. Это обуслов­ лено тем, что повышение концентрации А120з в растворе снижает глубину обескремнивания после первой стадии. Для достижения одинаковой глубины обескремнивания расход извести на второй стадии будет тем больше, чем выше концентрация алюминатного раствора.

Влияние калиевой щелочи

Выше было показано (см. с. 33) отрицательное влия­ ние калиевой щелочи на результаты обескремнивания на первой стадии. Особенно резко это проявляется при

◄ __________________ '___________________

49