Металлургия алюминия

Размещено на http://www.allbest.ru/

Размещено на http://www.allbest.ru/

Контрольная работа № 1

Металлургия алюминия

Звонков Антон Александрович

1. Почему способ спекания может быть применим к любому виду алюминиевого сырья?

В отличие от гидрохимического способа спекание можно применять практически для любого вида алюминиевого сырья. Однако, в промышленном масштабе его применяют в основном для переработки двух видов сырья - высококремнистого боксита и нефелина.

Сущность способа спекания заключается в образовании алюмината натрия при высокой температуре в результате взаимодействия в смеси алюминиевой руды, соды и известняка. Полученный при этом пористый спек выщелачивают водой. Раствор алюмината натрия после выщелачивания разлагают углекислым газом с выделением в осадок гидроксида алюминия, который для получения безводного глинозема подвергают кальцинации. Цель спекания - перевести содержащийся в руде алюминий в форму водорастворимого алюмината натрия и связать кремнезем в малорастворимые кальциевые силикаты. По способу спекания можно перерабатывать сырье с высоким содержанием кремнезема. Чем выше содержание кремнезема в сырье, тем больше известняка добавляют в шихту.

2. Каким требованиям должна удовлетворять паспортная шихта?

Шихта -- смесь исходных материалов, а в некоторых случаях (например, при выплавке чугуна в доменной печи) и топлива в определённой пропорции, подлежащая переработке в металлургических, химических и других агрегатах.

Шихтами обычно называют исходные смеси, использующиеся в пирометаллургических или иных высокотемпературных (производства стекла, цемента, некоторых керамических материалов и изделий, коксование углей) процессах.

В состав металлургических шихт обычно входят исходное или обогащённое рудное сырьё, сырьё с флюсами и оборотными материалами. Шихты в чёрной металлургии (например, в доменном процессе) зачастую содержат и топливо, в то время как в цветной металлургии шихты, как правило, топлива не содержат.

Типичные требования к качеству шихты определяются обеспечением стабильности и воспроизводимости результатов процесса, в котором она используется:

· постоянство химического состава;

· однородность по химическому, минералогическому и гранулометрическому составу;

· оптимальная крупность компонентов шихты;

· оптимальная влажность.

3. Достоинства и недостатки существующего способа спекания глиноземных шихт в барабанных печах

Спекание - важнейшая операция в технологической схеме сухого щелочного способа. При проведении этой операции необходимо создать такие условия, которые способствовали бы образованию растворимых соединений алюминия, сводили бы к минимуму возможность перехода в раствор кремнезёма, а также исключили бы протекание реакций, вызывающих потери Al2O3 и щёлочи с красным шламом.

Основной элемент вращающейся печи - металлический барабан. Он сваривается из листового железа толщиной 20 - 30 мм. Как правило, диаметр печи по всей длине одинаков, но в некоторых для изменения скорости движения материала в отдельных зонах при неизменном уклоне диаметр барабана изменяется. Внутри барабан футеруется высокоглинозёмистым или шамотным кирпичом (толщина футеровки 200 - 300 мм). Между металлическим кожухом печи и огнеупорной кладкой обычно закладывается тонкий теплоизоляционный слой (10 - 30 мм).

Преимуществами барабанных холодильников являются простота конструкции и надежность в эксплуатации, отсутствие избыточного воздуха, относительно низкий расход электроэнергии. К. недостаткам холодильника относится недостаточно строго регулируемое количество вторичного воздуха, большая его запыленность, что ухудшает видимость в печи, необходимость установки вращающихся печей на высоких фундаментах, Недостаточно высокая стойкость пересыпающих лопаток и полок. Возможный перегрев нефутерованного корпуса холодильника до 523--673 К частично устраняется путем орошения его водой. Барабанные холодильники распространены недостаточно широко.

На наружной поверхности барабана закрепляются опорные, стальные бандажи в виде неразрывных колец шириной 400 - 800 мм. Каждый бандаж опирается на ролики, ширина которых на 50 - 110 мм больше ширины бандажа. Опорные ролики установлены на массивных стальных плитах, на железобетонных фундаментах таким образом, что барабан печи имеет небольшой уклон 2 - 3.5 % от его длины. Это обеспечивает перемещение материала внутри печи при вращении барабана. Барабан печи при вращении испытывает напряжение на изгиб между опорами барабана. Их допустимая величина определяет выбор толщины корпуса барабана, диаметр печи, расстояние между опорами, которое может достигать 30 м.

Барабан вращается вокруг своей оси со скоростью 0.6 -2.0 об./мин. При вращении печи барабан «катается» по опорным роликам. Чтобы удержать наклонно расположенную печь от соскальзывания с опорных роликов, их оси устанавливают под небольшим уклоном по отношению к продольной оси печи (от 00 10` до 00 45`). Величина угла разворота опорных роликов зависит от веса печи, угла наклона барабана и его диаметра. Расположение печи в продольном направлении фиксируется автоматически при помощи специальных упорных роликов с гидроприводами, которые сообщают печи возвратно-поступательное движение с двойным ходом на 50 -100 мм за сутки. Эти ролики фиксируют положение печи вдоль её оси и, следовательно, зацепление венцовой шестерни. Для остановки вращения печи служит электромагнитный фрикционный тормоз.

Топливосжигающие устройства устанавливаются в головной части барабана. Головка печи состоит из топочной камеры, устройства для выгрузки материала и уплотнительного устройства, перекрывающего щель между вращающимся барабаном и неподвижной топочной камерой. К головке примыкает устье канала, через который полупродукт при помощи течки пересыпается в холодильник.

Уплотнительные устройства имеют существенное значение для эффективной работы как самой печи, так и холодильника. Это устройство может быть выполнено в виде, входящих, в друг друга лабиринтных колец приваренных к корпусу и к головки печи. Холодный воздух, попадающий в кольцевой канал лабиринтного уплотнения, отсасывается из него вентилятором, что предотвращает попадание воздуха в печь.

4. В чём преимущества колосниковых холодильников перед барабанными?

Колосниковые холодильники различных конструкций работают по одному и тому же принципу -- охлаждение клинкера осуществляется присасыванием воздуха сквозь его слой. Колосниковые холодильники имеют колосниковую решетку, состоящую из отдельных колосников -- палет, на которой слоем толщиной 150--300 мм распределяется горячий клинкер. Холодный воздух подается под решетку и проходит слой клинкера, охлаждая последний до 333-- 353 К.

В промышленности применяют колосниковые холодильники некоторых марок, отличающиеся один от другого некоторыми конструктивными особенностями.

Эффективность работы колосникового холодильника в большой степени зависит от того, насколько правильно выбран режим подачи и распределения воздуха под решетки. К настоящему времени режим воздухоподачи изучен недостаточно полно.

При наладке установки необходимо обеспечить герметичность колосникового холодильника, так как плотность системы -- одно из условий нормальной эксплуатации холодильника. Потери воздуха могут быть значительными даже при малейших неплотностях системы вследствие большого напора охлаждающего воздуха при подаче в подколосниковое пространство.

5. Какие соединения служат источником вторичных потерь Al₂O₃ и R₂О при выщелачивании алюминатных спеков?

Примерный состав нефелинового спека можно характеризовать следующими данными, % (по массе): Al2O3 15,5; СаО 45; SiO2 24,5; Fe2O3 2,1; R2О 9,5. Основными фазами в спеке являются:

2CaO.SiO2; Na2O.Al2O3; К2О.Al2O3; Na2O.Fe2O3. Кроме того, в спеке могут присутствовать алюминаты кальция и другие соединения. По сравнению с бокситовым нефелиновый спек содержит меньше алюминатов и больше двухкальциевого силиката, а также отличается наличием алюмината калия н малым содержанием соединении железа.

Спек выщелачивают оборотным содощелочным раствором. Алюминат калия при выщелачивании переходит в раствор так же легко, как и алюминат натрия; феррит натрия подвергается гидролизу. Алюминаты кальция в содовых растворах разлагаются, однако в условиях выщелачивания нефелинового спека это разложение проходит лишь частично. Неполное разложение алюминатов кальция приводит к недоизвлечению Al2O3 из спека. Нежелательным при выщелачивании является и разложение некоторого количества двухкальциевого силиката, приводящее к вторичным потерям глинозема и щелочи к загрязнению алюминатного раствора кремнеземом. Поэтому весьма важно вести выщелачивание, а также отделение н промывку шлама в таких условиях, при которых скорость протекания вторичных реакции будет минимальной. Этого можно достичь в результате быстрого проведения операции выщелачивания, сгущения и промывки шлама, исключающего длительный контакт шлама с pacтвором.

Для выщелачивания плотного спека клинкерного типа, каким является нефелиновый спек, применение диффузоров и перколяционных конвейерных выщелачивателей нецелесообразно. Наиболее эффективным для такою спека оказался агитационный метод выщелачивания в мельницах с последующим отделением и промывкой шлама в фильтрах-сгустителях. Применяется также двустадийная схема выщелачивания: первая стадия в трубчатых аппаратах -- проточным способом, вторая стадия -- в мельницах.

6. Почему при переработке нефелинов используется комбинация 2-х способов разложения алюминатных растворов (карбонизация с довыкручиванием)?

Источниками получения галлия в алюминиевом производстве служат: оборотные алюминатные растворы, осадки последней карбонизации алюминиевых растворов, анодные сплавы после электролитического рафинирования алюминия, пыли электролизеров и угольные съемы от флотации электролитной пены. Содержание галлия в анодном сплаве и угольных съемах более или менее одинаково на всех алюминиевых заводах, и составляет около 0,2% в первом продукте и 0,05-0,07% во втором. Содержание же в оборотных алюминатных растворах и осадках карбонизации обусловлено количеством галлия в исходном сырье и технологией получения глинозема.

Наиболее перспективным источником получения галлия являются алюминатные растворы, содержащие галлаты. Из алюминатных растворов галлий получают двумя путями: 1) выделением из этих растворов галлиевого концентрата и затем из концентрата - металла; 2) электролизом растворов в ваннах с ртутным катодом, разложением амальгамы и выделением металлического галлия.

Галлиевые концентраты получают из обогащенных галлием гидратных осадков, образующихся при фракционной (стадийной) карбонизации алюминатных растворов, основанной на различных значениях величины pH осаждения гидроокисей галлия и алюминия.

Выделение галлиевого концентрата из оборотного алюминатного раствора при автоклавном способе может быть осуществлено по схеме: раствор алюмината подвергают двухстадийной карбонизации, при которой алюминий осаждается из раствора:

2NaAlO2+CO2+3H2O=2Al(OH)3+Na2CO3

Первую карбонизацию проводят до тех пор, пока из раствора не выделится около 90% алюминия. При этом большая часть галлия остается в растворе. После повторной карбонизации фильтрата, при которой осаждается гидроокись алюминия, обогащенная галлием, содержание Ga2O3 в осадке составляет 1-2% от содержания Al2O3.

По данным М. Бежа процесс можно улучшить, сочетая выделение алюминия из растворов по способу выкручивания с двухстадийным выделением путем карбонизации. По способу выкручивания гидролиз алюмината натрия ускоряется введением в раствор затравки - гидроокиси алюминия:

NaAlO2+2H2O = Al(OH)3+NaOH

Часть алюминия (от 50 до 60%) первоначально выделяется выкручиванием. При этом осаждается незначительная часть галлия. Фильтрат затем обрабатывают по схеме двухстадийной карбонизации. При этом осадок первой (медленной) карбонизации, содержащий незначительную часть галлия, возвращается в оборот, что повышает общее извлечение галлия. Основная часть галлия выделяется из раствора в конце карбонизации вместе с последними фракциями гидроокиси алюминия и алюмокарбоната. Для извлечения галлия из гидратного осадка более богатых фракций разработано несколько методов концентрирования.

7. Каково значение м_Si алюминатного раствора должно быть перед разложением его карбонизацией?

Щелочной способ спекания применяется для переработки бокситов с повышенным содержанием кремнезема, кремневый модуль которых обычно не превышает 5. В основе этого способа лежит спекание боксита с содой и известняком. При спекании в результате взаимодействия глинозема боксита с содой образуется алюминат натрия, а кремнезем связывается оксидом кальция в нерастворимый двухкальциевый силикат. Из полученного опека алюминат натрия выщелачивают водой.

Исходные материалы -- боксит и известняк после дробления поступают в мельницы, где размалываются в среде маточного раствора, содержащего оборотную соду.

В мельницы поступает также свежая сода для возмещения потерь се в процессе и белый шлам, остающийся после обескремнивания алюминатного раствора. Перед подачей в мельницы компоненты шихты дозируют в нужном соотношении; в случае необходимости окончательно корректируют шихту после помола, смешивая шихты различного состава

Откорректированную шихту (пульпу) спекают при 1150-- 1250 °С, полученный спек дробят и выщелачивают. При выщелачивании алюминат натрия переходит в раствор; одновременно в раствор переходит некоторое количество кремнезема. Перастворившаяся часть спека (красный шлам) идет в отвал, а алюминатный раствор--на обескремнивание. При обескремннвании кремнезем выделяют в осадок.

Этот осадок (белый шлам) наряду с кремнеземом содержит глинозем и щелочь, поэтому его возвращают на приготовление шихты для спекания.

Из обескремненного раствора выделяют гидроксид алюминия.

Для этого осуществляют карбонизацию (обработку раствора газами, содержащими CO2), в результате которой в осадок выпадает гидроксид алюминия и получается маточный содовый раствор.

Выпавший в осадок гидроксид алюминия отделяют от солового раствора, промывают и кальцинируют.

Маточный содовый раствор с промывными водами от промывки гидроксида возвращают на приготовление шихты. Для повышения концентрации его обычно упаривают.

8. Когда создаются условия для образования гидроалюмокарбоната натрия при карбонизации?

2NaOH + CO2 = Na2CO3

NaAl(OH)4 = NaOH + Al(OH)3

2Na2CO3 + 2NaAl(OH)4 = Na2O Al2O3 2CO2 2H2O + NaOH

Таким образом, алюминий из раствора переходит в осадок, состоящий из гидроксида алюминия с примесью гидроалюмокарбоната натрия, а раствор после карбонизации становится ненасыщенным по отношению к имеющимся примесям ванадия, мышьяка, фосфора и фтора.

При последующем сорбционном извлечении галлия эти примеси уже не образуют осадков и не влияют на сорбцию галлия.

Извлечение галлия может проводиться из пульпы, полученной при карбонизации, или из раствора, полученного при фильтрации этой пульпы, причем емкость ионита по галлию из растворов, образованных указанным образом, намного выше, чем из исходных растворов.

9. Почему в способе Байера себестоимость 1 тонны Al₂O₃ значительно ниже, чем в способе спекания?

В классическом способе Байера выщелачивание боксита в автоклавах ведут из расчета связывания диоксида кремния SiO2 в гидроалюмосиликат натрия (ГАСН) с молярным составом Na2O·Al2O3·2SiO2·2a(NaAlO2)·sNa2SO4·cNa2CO3·hH2O, который выводится в массе нерастворимого остатка на шламовое поле. При переработке высококремнистых бокситов потери щелочи и глинозема становятся значительными, что обуславливает убыточность технологии Байера уже при кремниевом модуле сырья менее 8 единиц. Отвальные шламы, обогащенные фазой ГАСН, становятся экологически вредными и непригодными для утилизации в промышленности.

В классическом способе спекания боксита с известняком и содой диоксид кремния связывают в ортосиликат кальция 2CaO·SiO2, для чего используют технологию термической обработки шихты во вращающихся открытых печах при температуре 1100-1200°С. Этот процесс требует больших затрат топлива и электрической энергии, осуществляется при значительных трудовых и эксплуатационных расходах, сопровождается значительным экологическим воздействием на воздушный бассейн (выбросы пыли, щелочные возгоны, газовые продукты горения топлива и др.). При последующей гидрохимической обработке спека двухкальциевый силикат частично растворяется в алюминатных растворах, и диоксид кремния переходит в фазу ГАСН, обогащая отвальный шлам оксидами натрия и алюминия. Твердый остаток становится экологически вредным в силу активности фазы ГАСН, присутствия в нем свободного гидроксида кальция и неустойчивого ортосиликата кальция, что делает его непригодным к утилизации. Себестоимость 1 тонны глинозема при использовании этого способа максимальна.

10. Что такое восстановительная плавка алюмо-железных руд

Восстановительная плавка -- универсальный метод получения металла из руд и концентратов любого состава: богатых и бедных, чистых и сильно загрязненных различными примесями.

Плавку агломерата в шахтной печи проводят при восстановительной атмосфере, т. е. при содержании в печных газах достаточного количества окиси углерода, энергично восстанавливающей металл из окисленной формы:

Восстановительная плавка применима для бедных и богатых концентратов и в настоящее время является основным методом получения многих металлов.

11. Какая основная задача решается с помощью комбинации Байер + спекание?

Основным содержанием новых технологических решений должно стать обеспечение низких расходных значений потребления энергоресурсов и щелочных материалов, снижение эксплуатационных и трудовых затрат, полная автоматизация и компьютерное управление производством, минимизация инвестиционных затрат и полная утилизация отвальных шламов.

В комбинированном способе Байер-спекание, параллельный вариант, весь поток бокситового сырья делят на две части, из которых большую часть, около 80%, подают на переработку в ветвь Байера, а меньшую - в ветвь спекания. В результате переработка сырья осуществляется с более высокими показателями, но сохраняются указанные выше недостатки и классического Байера, и классического спекания, в эквивалентных долях.

В комбинированном способе Байер-спекание, последовательный вариант, бокситовое сырье подают полностью в ветвь Байера, где его выщелачивают автоклавным или безавтоклавным способами с переводом всей массы кремнезема в фазу ГАСН с молярным составом Na2O·Al2O3·2SiO2·2a(NaAlO2)·nNaCl·hH2O, при этом красный шлам отделяют от алюминатного раствора и затем подвергают термической обработке при температуре 900-1100°С методом спекания с известняком и содой с целью перевода SiO2 из фазы ГАСН в фазу 2CaO·SiO2. Получаемый спек подвергают выщелачиванию, в ходе которого значительная часть двухкальциевого силиката разлагается, и освобожденный диоксид кремния вновь переходит в фазу ГАСН. Общий результат обработки сырья складывается из суммы показателей двух автономных способов, с усиленной негативной ролью спекательного передела.

12. В какой форме находится галлий в алюминатном растворе?

В форме галлатов. Известен способ извлечения галлия из щелочно-алюминатных растворов глиноземного производства цементацией галламой алюминия. Способ предполагает обязательную предварительную очистку растворов от примесей путем ступенчатой кристаллизации. При проведении цементации последовательно на нескольких (2 - 4) галламах на третьей галламе получают галлий чистотой 99, 9. Способ требует глубокой очистки щелочно-алюминатных растворов от соединений сульфидной и тиосульфатной серы, а также от ванадия, фосфора и фтора. Образующийся шлам приводит к растворению галлия из цементационной основы, кроме того, недостаточна степень кристаллизационной очистки от ванадия.

Известен способ электролитического выделения галлия из щелочных растворов глиноземного производства, в котором проводят электролиз на твердых электродах при катодной плотности тока 200 - 1000 A/м2 напряжении 3,4 - 4,5 В, температуре 28-37oC в присутствии предварительно введенного в исходные растворы в 1 - 10-кратном избытке по отношению к галлию цинка. Полученный электролитический осадок удаляют с катода механическим путем, а затем подвергают вакуумтермической возгонке для удаления цинка. После удаления цинка остаток, содержащий галлий, растворяют в растворе едкого натра и проводят электролиз на никелевом катоде при катодной плотности тока 1200 A/м2 и температуре 60oC.

Электролиз щелочно-алюминатных растворов проводят в электролизере ящичного типа, внутри которого параллельно установлены на опорные токоподводящие шины пластинчатые стальные аноды и коробчатые водоохлаждаемые никелевые катоды.

Известный способ позволяет получить металл, содержащий не более 99,998% по массе галлия. Таким образом, известный способ обеспечивает получение галлия недостаточно высокой степени чистоты.

13. Рассчитать состав спека, получаемого спеканием каолинита и известняка при образовании 12CaO^.7Al₂O₃ и 2СaO^.SiO₂.

В процессе спекания последовательно происходит обезвоживание мокрой шихты, нагрев материала, диссоциации известняка, образование спека, охлаждение спека.

Для спека бокситовой шихты применяются барабанные вращающиеся печи диаметром 3-5 м и длиной 50-100.

В качестве топлива для печей спекания используются уголь, мазут, газ. Охлаждение спека от 1000-1100 до 100°С осуществляется во вращающихся барабанных или колосиликовых холодильниках.

После дробления спек направляют на выщелачивание, а отходящие из печей спекания газы очищают от пыли в системе последовательно расположенных пылевых камер, циклонов и электрофильтров. Уловленную пыль возвращают в печи, а часть газов после дополнительной очистки подают на карбонизацию (если существует такой передел).

Изучение физико-химических превращений при спекании различных шихт затруднено наличием большого числа реагирующих окислов, свободных или связанных. Их бывает не менее пяти, а обычно больше.

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:

Взаимодействие между Na₂CO₃ и Fe₂O₃

Образование феррита натрия в производстве глинозема способом спекания играет немаловажную роль. При выщелачивании спека феррит натрия разлагается в результате гидролиза с освобождением едкой щелочи, необходимой для повышения стойкости алюминатных растворов. Феррит натрия образуется, как и алюминат натрия по реакции:

Взаимодействие между CaCO₃ и Al₂O₃

При высыхании температурах взаимодействия образуются алюминаты кальция, которые важны не только в производстве глинозема, но и целлита, огнеупоров, керамики. Поэтому система CaO - Al₂O₃ изучалась многократно и тщательно. Согласно последним данным, при спекании различных шихт, не содержащих щелочь, в спеках образуются CaO•Al₂O₃; 12 CaO•7Al₂O₃; 5CaO•3Al₂O₃, представленное твердым раствором алюминатов кальция с SiO₂; и MgO др. компонентов.

Взаимодействие между CaCO₃ и SiO₂

В системе CaO - SiO₂ известны следующие соединения: 1) метасиликат кальция (CaO•SiO₂) с температурой плавления 1540°С. Устойчив до 1150°С ниже образуется в CaO•SiO₂

2) трехкальциевый силикат 3CaO•2SiO₂, с температурой плавления 1475°С;

3) ортосиликат (двухкальциевый силикат) кальция 2CaO•SiO₂, плавится при 2130°С;

4) трехкальциевый силикат 3CaO•SiO₂ получается при длительном обжиге смеси CaO и SiO₂ при температуре от 1400 до 1500°С.

В производстве глинозема по способу спекания наибольшее значение имеет ортосиликат кальция, так как он возникает первым при нагревании смеси CaO с SiO₂ любой пропорции. Установлено, что независимо от соотношения CaO и SiO₂ в исходной смеси (от 1:1 до 3:1) в начале спекания образуется всегда двухкальциевый силикат.

Взаимодействие CaCO₃ с TiO₂ и Fe₂O₃

TiO₂ и CaO образуют метатитанат кальция (CaO•TiO₂) или первекит. Такое же соединение образуется и в присутствии щелочных карбонатов. Следовательно, при производстве глинозема по способу спекания следует добавлять столько известняка, чтобы он связал не только кремнезем, но и TiO₂.

В этом случае метатитанат натрия образовываться не будет, что снизит потери щелочи. При спекании ненасыщенной содой шихты окись железа образует с CaCO₃ ферриты кальция. В системе CaO-Fe₂O₃ давно известны два феррита: CaO•Fe₂O₃ и 2CaO•Fe₂O₃.

Первым при спекании образуется 2CaO•Fe₂O₃, поэтому если в смеси отношение CaO к Fe₂O₃ равно 2,0 то при всех температурах образуется 2CaO•Fe₂O₃.

Поскольку при низких температурах с содой образуется скорее феррит, чем алюминат, то, если соды не хватает для полного связывания Al₂O₃ и Fe₂O₃, она расходуется в основном на образовании феррита натрия, а глинозем остается свободным, но при 900°С и выше продукт реакции состоит главным образом из алюмината натрия, что обусловлено вытеснением Na₂O из феррита по реакции:

С увеличением концентрации феррита натрия снижается температура плавления твердых растворов и уменьшатся термическая площадка спекообразования.

Таким образом, в зависимости от молекулярного отношения Na₂O: R₂O₃ в системе Na₂O - Al₂O₃ - Fe₂O₃ могут образовываться и одновременно присутствовать следующие фазы:

при молярном отношении Na₂O: R₂O₃>1 - твердые растворы Na₂O·Al₂O₃ - Na₂O·Fe₂O₃ и свободная Na₂O и Na₂CO₃;

при Na₂O: R₂O₃= 1 - только твердые растворы Na₂O·Al₂O₃ - Na₂O·Fe₂O₃;

при Na₂O: R₂O₃<1 образуются два типа твердых растворов: Na₂O·Al₂O₃ - Na₂O·Fe₂O₃ и в·Al₂O₃ - в ·Fe₂O₃ или Na₂O·11(Al_,Fe)₂O₃;

Невыгодно добавлять в шихту соды сверх одного моля на моль Al₂O₃ + Fe₂O₃, так как избыток соды образует при обжиге с силикатом кальция соединения, которые очень медленно разлагаются в воде и щелочах, что вызывает повышенные потери щелочи.

Взаимодействие между Na₂CO₃, Al₂O₃, Fe₂O₃ и SiO₂

Эта система отражает основные превращения, протекающие при спекании малокремнистого боксита с содой. Высокое извлечение Al₂O₃ и Na₂O из спеков при такой системе возможно лишь для бокситов с небольшим содержанием кремнезема, которые выгоднее перерабатывать по способу Байера. Но иногда выгодно небольшую долю таких бокситов перерабатывать спеканием (параллельная схема сочетания способов для термической каустификации соды.

Такая бокситовая шихта называется двухкомпонентной (боксит+сода).

При рассмотрении условий спекания смеси Na₂CO₃, Al₂O₃ и SiO₂ указывалось, что спеки состоят в основном из алюмината и алюмосиликата натрия.

При добавлении Fe₂O₃ в спеке появляется феррит натрия в количестве, определяемом молярным отношением Na₂CO₃ к Al₂O₃ + Fe₂O₃. Если соды достаточно для полного связывания Al₂O₃ и Fe₂O₃, вся окись железа превращается в феррит натрия получается в спеке лишь столько, сколько соды осталось от связывания SiO₂ и Al₂O₃.

При выщелачивании спека феррит натрия разлагается, освобождая каустическую щелочь, которая повышает стойкость алюминатных растворов. Поэтому соду обычно вводят на полное связывание Al₂O₃ и Fe₂O₃.

Таким образом спекание смеси Na₂CO₃, Al₂O₃, Fe₂O₃ и SiO₂ дает спек, состоящий из алюмината, алюмосиликата и феррита натрия. При этих условиях зависимость между выходом Al₂O₃ (%) и процентным содержанием кремнезема (S) и глинозема (a) в боксите выражается следующим равенством:

Если состав шихты выражен в молях:

где S и n - количество молей SiO₂ и Na₂O на 1 моль Al₂O₃ в боксите.

Образованием твердых растворов между алюмосиликатом и ферритом натрия могут объясняться повышенные потери щелочи против стехиометрии на образование алюмосиликате натрия при выщелачивании спека из содобокситовой шихты.

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.

алюминиевый спек боксит руда

Список используемой литературы

1. Производство глинозема. Лайнер Абрам Ильич; Еремин Николай Иванович; Лайнер Юрий Абрамович; Певзнер Илья Захарович.

2. Производство глинозема. Лайнер А.И.

3. Физико-химические основы комплексной переработки алюминиевого сырья (щелочные способы) Абрамов В.Я.; Стельмакова Г.Д.; Николаев И.В.

4. Производство глинозема. Иванов А.И. г. Николаев

5. Глинозем в производстве алюминия электролизом. Исаева Л.А.; Поляков П.В. г.Краснотурьинск.

6. Процессы и аппараты глиноземного производства. Еремин Н.И.; Наумчен А.Н.; Казаков В.Г.

7. Кристаллооптический анализ в алюминиевом производстве. Кимпаниец М.Ф.

8. Производство глинозема из бокситов. Троицкий И.А.

9. Декомпозиция и повышение качества гидроксида алюминия. Савченко А.И.; Савченко К.Н.

10. Разложение алюминатных растворов. Романов Л.Г.

11. Технологические расчеты в производстве глинозема. Самарянова Л.Б.; Лайнер А.И.

Размещено на Allbest.ru