Свойства алюминатных растворов и влияющие на нее факторы

по  дисциплине «Технология глинозема и силикатных материалов»

1.Свойства алюминатных растворов и влияющие на нее факторы. Стойкость

С понижением температуры  распад алюминатного раствора ускоряется, однако во всех случаях наибольшая скорость этого распада соответствует  примерно температуре 30° С; при дальнейшем же снижении температуры скорость разложения алюминатного раствора снова замедляется.

Такие факторы, как заранее введенная в раствор  затравка свеже-осажденной гидроокиси алюминия, пропускание через раствор  углекислоты и его механическое перемешивание, ускоряют разложение алюминатного раствора.

Если же в  растворе присутствуют небольшие количества примеси Si02, некоторых органических и коллоидных веществ, стойкость  алюминатных растворов повышается.

Уже этот краткий  обзор факторов, влияющих на стойкость, а следовательно, и на поведение  алюминатных растворов, показывает, что имеется ряд возможностей для того, чтобы воздействовать на эти растворы— повышать или понижать их стойкость, если это требуется  в данных производственных условиях.

Водный раствор  алюмината натрия обладает своеобразными  свойствами, отличными от свойств  водных растворов таких солей, как, например, NaCl, Na2S04, Na2C03. Это своеобразие заключается в том, что в алюминатном растворе с момента его получения непрерывно протекают процессы, которые неизменно через больший или меньший срок приводят к распаду алюминатного раствора с выделением гидрата окиси алюминия. Установлен ряд факторов, которые ускоряют или замедляют этот распад. К ним относятся: 1) концентрация раствора; 2) каустическое отношение; 3) температура раствора; 4) содержание в растворе Si02 и органических примесей; 5) присутствие в растворе введенной в него гидроокиси алюминия (затравки); 6) обработка раствора углекислотой и 7) механическое воздействие (перемешивание).

С изменением концентрации алюминатного раствора скорость его  распада закономерно изменяется: разбавленные и концентрированные  растворы более стойки, чем растворы средних концентраций.

Исключительно велико влияние на стойкость алюминатного раствора его каустического отношения, с повышением которого стойкость  раствора возрастает.

Растворы алюмината  натрия, каустическое отношение которых  меньше единицы, не могут существовать. Для получения практически стойких  алюминатных растворов необходим  некоторый избыток свободной  каустической щелочи, причем стойкость  раствора будет возрастать по мере увеличения этого избытка. Растворы с каустическим отношением ак = 1,41,8 достаточно стойки в производственных условиях; растворы же с каустическим отношением ак=3 и выше стойки в течение  весьма длительного промежутка времени  и мало чувствительны к температурным  изменениям. 

3.Способ  Байера представляет собой замкнутый цикл, сущность которого может быть описана обратимой химической реакцией:

А1(ОН)3 + NaOH ?± NaAl(OH)4.

При протекании реакции слева направо происходит извлечение глинозема из боксита  едким натром с образованием раствора алюмината натрия. При протекании же реакции в обратном направлении  раствор алюмината натрия разлагается  с выделением гидрата окиси алюминия в твердую фазу.

Технологическая схема производства глинозема по способу Байера слагается из ряда стадий (операций), непрерывно следующих одна за другой (рис. 8).

Боксит, поступающий  из рудников, подвергают предварительной  подготовке — дроблению, измельчению, а иногда сушке или обжигу. В  некоторых случаях для улучшения  качества боксита его обогащают.

После этого  боксит выщелачивают в автоклавах (реже в мешалках) раствором едкого натра  для извлечения из боксита глинозема  в раствор алюмината натрия. Выщелачивание  боксита в непрерывном процессе ведут маточными щелочными растворами; для первоначального же цикла  употребляют раствор свежего  едкого натра (каустической соды).

В результате выщелачивания  боксита получается пульпа, состоящая  из раствора алюмината натрия и нерастворимого остатка — красного шлама. Пульпу разбавляют промывными водами (поступающими от промывки красного шлама, который  получен в предыдущем цикле) и  направляют затем на сгущение для  отделения алюминатного раствора от красного шлама.

Красный шлам промывают  водой и удаляют за пределы  завода, а алюминатный раствор, сливаемый  из сгустителя, подвергают осветлению (фильтрованию) для полного отделения  от него частиц красного шлама.

Осветленный алюминатный  раствор далее смешивают с  частью гидроокиси алюминия от предыдущего  цикла (затравкой) и подвергают медленному перемешиванию—-выкручиванию. В результате этой операции алюминатный раствор  разлагается с выделением в осадок кристаллической гидроокиси алюминия.

Полученную таким  образом пульпу, состоящую из гидроокиси алюминия и маточного щелочного  раствора, сгущают. Примерно 25— 50% сгущенной  гидроокиси алюминия подают на фильтрование и промывку, а остальные 50—75% направляют на приготовление затравки для следующего цикла выкручивания.

Промытую гидроокись алюминия подвергают кальцинации (т.е. прокаливанию при высокой температуре), получается безводный глинозем, направляемый на электролиз.

Маточный щелочной раствор после выкручивания и  промывные воды от промывки гидроокиси алюминия поступают на выпаривание  для повышения их концентрации.

Из концентрированного маточного раствора обычно выпадает некоторое количество кристаллической  соды, которая образуется в результате взаимодействия едкого натра с примесями  карбонатов в бокситах и углекислотой воздуха. Соду отделяют от раствора и каусти-ф и ц и р у ю т. Этот процесс заключается в обработке раствора соды гашеной известью, в результате чего образуются едкий натр и углекислый кальций. Пульпу, полученную в результате каустификации, сгущают вместе с красным шламом.

Концентрированный маточный щелочной раствор поступает  в автоклавы для выщелачивания  новой порции боксита, и цикл процесса Байера начинается снова.