книги из ГПНТБ / Певзнер, И. З. Обескремнивание алюминатных растворов
.pdfИ. 3. ПЕВЗНЕР, Н. А. МАКАРОВ
ОБЕСКРЕМНИВАНИЕ АЛЮМИНАТНЫХ РАСТВОРОВ
М О С К В А «МЕТАЛЛУРГИЯ» 1974
|
|
Г.'.;,-;, кубянчная |
* |
|
УДК 669.712.17 X |
|
. і |
- VGXHW4<S~KaH |
£’ |
|
0;:-.5лг:о7эно С С С ? |
| |
||
■4? |
||||
|
|
ЭКЗЕМПЛЯР |
і |
|
|
|
|
2?АЛЛ |
j |
УДК 669.712.17 |
алюминатных |
растворов. П е в з н е р И. 3., |
||
Обескремнивание |
||||
М а к а р о в Н. А., |
М., «Металлургия», 1974, 112 с. |
|
||
Изложены физико-химические особенности процесса обсскремнивания алюминатных растворов. Большое внимание уделено вопро сам получения глинозема высоких марок, технологическому и аппа ратурному оформлению процесса. Рассмотрены пути совершенство вания переработки алюминатных растворов на глинозем.
Рассчитана на инженерно-технических работников, а также может быть полезна аспирантам и студентам, специализирующимся в об ласти производства глинозема. Ил. 56. Табл. 8. Список лит.: 77 назв.
Илья Захарович Певзнер Николай Александрович Макаров
ОБЕСКРЕМНИВАНИЕ АЛЮМИНАТНЫХ РАСТВОРОВ
Редактор издательства Л. М. Элькинд Художественный редактор Д. В. Орлов Технический редактор Н. А. Сперанская Корректоры Н. Л. Залуцкая, Л. М. Зинченко Обложка художника А. Я. Беднарского
Сдано в |
набор |
16/ѴІІІ 1973 г. |
Подписано |
в печать 18/1V |
1974 г. |
T-08G11 |
|
Формат |
бумаги |
84ХЮ8Ѵз2 бумага |
типографская |
3 |
уел. печ. л. 5,88 |
||
Уч.-нзд. л. 6,04 |
Заказ |
497 |
Изд. № 5529 |
Цепа |
31 коп. |
||
Тираж 1200 экз. |
|||||||
Издательство «Металлургия» 119034 Москва, Г-34, 2-й Обыденский пер., 14
Подольская типография Союзполнграфпрома при Государственном комитете Совета Министров СССР
по делам издательств, полиграфии и книжной торговли г. Подольск, ул. Кирова, 25
© Издательство «Металлургия», 1974
31007—113
П ----------------- 6 5 -7 4
040(01)—74
|
|
|
|
|
|
|
ОГЛАВЛЕНИЕ |
|
|
|
|
|
|||
Предисловие . .................................................................................. |
|
||||||||||||||
Гла ва |
первая. |
|
|
Основы |
технологии |
обескремнивания |
6 |
||||||||
|
|
|
|
|
|
алюминатных |
растворов |
................... |
|
||||||
I. |
Свойства |
алюминатных |
растворов |
...................................... |
|
|
|
6 |
|||||||
1. |
Состав |
алюминатных |
р аство р о в ....................................... |
|
|
|
|
о |
|||||||
2. |
Система |
Na20 —А120 3—Н20 |
.................................................... |
|
|
|
|
|
< |
||||||
3. |
Стойкость алюминатных растворов |
|
...................................... |
|
|
|
9 |
||||||||
II. |
Система /Ѵа20 —А(20 3—Si02—H j O .......................................... |
|
|
|
|
Ю |
|||||||||
1. |
Поведение соединений кремния при выщелачивании бокси |
|
|||||||||||||
2. |
тов и |
спеков |
|
............................................................................ |
|
крем незем а |
|
|
|
|
|||||
Природа |
растворенного |
|
|
|
|
||||||||||
3. |
Кинетика взаимодействия кремнезема е алюминатными |
'7 |
|||||||||||||
4. |
растворами |
.................................................................................. |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||
Состав и природа осадков, образующихся при обескремни- |
20 |
||||||||||||||
|
ванип |
алюминатных ........................................... |
растворов |
|
|
|
|
|
|||||||
III. Двухстадийное |
обескремнивание |
алюминатных растворов |
25 |
||||||||||||
1. |
Сущность и пути ...................................... |
обескремнивания |
|
. . |
|
25 |
|||||||||
2. |
Первая |
стадия |
обеокремнивания................... . |
|
|
|
27 |
||||||||
|
Обескремнивание .......................................... |
в |
автоклавах |
|
|
|
|
|
27 |
||||||
|
Обескремнивание .......................при атмосферном давлен ии |
|
36 |
||||||||||||
|
Обескремнивание с большим разбавлением раствора в при |
41 |
|||||||||||||
3. |
сутствии |
красного .................................................... |
ш л а м а |
|
|
|
|
извести |
|||||||
Вторая |
стадия обескремнивания — в присутствии |
42 |
|||||||||||||
|
(глубокое |
обескремнивание ................................................) |
|
|
|
|
|
|
|||||||
|
Область существования гидрогранатов в системе Na20 — |
42 |
|||||||||||||
|
АІ2О3—іСаО—Si02 ............................—Н20 |
и их свой ства |
|
от исходного |
|||||||||||
|
Зависимость |
jisi |
обескремненных |
растворов |
45 |
||||||||||
|
•содержания Si02 ...................в |
них и дозировки |
извести |
|
|
||||||||||
4. |
Влияние различных (факторов на глубокое обескремнивание |
46 |
|||||||||||||
Роль Na2Oy в процессе глубокого обескремнивания |
. . . |
52 |
|||||||||||||
|
Равновесное |
состояние системы |
Na20 —А120 3—СаО— |
52 |
|||||||||||
|
С 02—Si02—іН20 |
........................................................................... |
|
|
|
после |
второй |
стадии |
обес |
||||||
|
Регенерация |
А120 3 из шлама |
53 |
||||||||||||
|
кремнивания |
................................................................................. |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||
|
Замена извести на второй стадии обеокремнивания извест |
56 |
|||||||||||||
|
ковым ш л ам о м |
............................................................................. |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||
Г л а в а |
в т о р а я . |
|
Технология |
получения |
глинозема |
разных |
|
||||||||
|
|
|
|
|
........................................................... |
м а р о к |
|
|
|
|
|
|
59 |
||
I.Поведение кремнезема при разложении алюминатных ра
створов .................................................................................. |
59 |
1. Выкручивание алюминатных растворов................................. |
59 |
2. Разложение алюминатных растворов карбонизацией . . |
62 |
3. Разложение алюминатных растворов комбинированными |
|
методами ............................................................................ |
56 |
3
//. |
|
Технология |
|
переработки |
алюминатных |
растворов |
на |
69 |
|||
|
|
г л и н о з е м |
...................................................................................... |
|
|
|
|
|
|
|
|
1. |
|
Чистота гидроокиси алю м иния.................................................. |
|
|
от |
выщелачивания |
69 |
||||
2. |
Переработка |
алюминатных |
растворов |
71 |
|||||||
3. |
|
бокситовых с п е к о в ....................................................................... |
|
|
|
|
|
|
|||
|
Переработка алюминатных растворов от выщелачивания не |
76 |
|||||||||
фелиновых |
опеков |
|
|
|
|
|
|
||||
Гла ва третья. |
Аппаратурно-технологическое |
оформление |
|
||||||||
|
|
|
|
|
обескремнивания |
и пути его совершен |
81 |
||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
I. Автоклавное обескремнивание(1-я стадия) |
.......................... |
|
|
81 |
|||||||
1. |
Аппаратурно-технологическаясхема |
....................................... |
|
|
|
|
81 |
||||
2. |
|
Аппаратурное |
обескремнивания |
................... |
обес- |
86 |
|||||
3. |
|
Автоматизация |
процесса |
автоклавного |
94 |
||||||
|
|
кремнивайня |
|
|
|
|
|
|
|
||
II. |
Обескремнивание |
при атмосферном |
давлении в мешалках |
96 |
|||||||
III. |
(1-я стадия) |
обескремнивание |
алюминатных |
растворов |
|||||||
Глубокое |
|
98 |
|||||||||
|
|
(2-я с т а д и я ) ................................................................................ |
|
|
|
|
|
|
|||
1. |
Переработка |
алюминатных |
растворов |
от |
выщелачивания |
98 |
|||||
2. |
|
бокситовых с п е к о в ...................................................................... |
растворов |
от |
выщелачивания |
||||||
|
Переработка |
алюминатных |
102 |
||||||||
|
|
нефелиновых |
|
|
|
|
|
|
|
||
IV. |
Тепловые |
схемы ........................... |
обескремнивания |
|
|
|
105 |
|
|||
1. |
|
Расход пара при автоклавном обескремниванни |
. . |
. . |
105 |
||||||
2. |
Оптимизация |
|
автоклавного обескрем- |
106 |
|||||||
|
|
нивания |
............................................................................ |
|
|
|
|
|
|
|
|
3. Выбор рациональной тепловой схемыобескремнивания |
109 |
||||||||||
Список литературы....................................................... |
|
|
|
|
|
11 q |
|
||||
ПРЕДИСЛОВИЕ
Запасы высококачественных бокситов в нашей стра не ограничены, поэтому дальнейший рост выпуска глинозема будет итти в основном за счет освоения и во влечения в промышленную переработку новых место рождений низкокачественного сырья. Процесс спекания, являющийся пока основным промышленным способом • получения .глинозема из низкокачественных бокситов и нефелинов, получит в последующие годы широкое рас пространение. До недавнего времени глинозем, получен ный этим способом, отличался от байеровекого повы шенным содержанием примеси кремнезема, что не позво ляло получать из него алюминий высоких марок. Уси лиями советских ученых и производственников в послед ние годы разработана новая технология глубокой очист ки алюминатных растворов от кремнезема.
Промышленное внедрение новой технологии на Тих винском глиноземном заводе и Пикалевском глинозем ном комбинате позволило значительно повысить качест во глинозема и улучшить технико-экономические пока затели глиноземного производства.
Авторы книги обобщили богатый опыт получения глинозема высоких марок при переработке бокситов и нефелинов способом спекания. Задачей книги является расширение знаний специалистов-глиноземщиков в обла сти теории и практики обескремнивания алюминатных растворов,
Г л а в а п е р в а я
ОСНОВЫ ТЕХНОЛОГИИ ОБЕСКРЕМНИВАНИЯ АЛЮМИНАТНЫХ РАСТВОРОВ
I. СВОЙСТВА АЛЮМИНАТНЫХ РАСТВОРОВ
1. Состав алюминатных растворов
Алюминатные растворы представляют собой трех компонентную систему, способную к самопроизвольно му разложению в определенном интервале концентра ций.
На производстве состав алюминатных растворов принято выражать числом граммов Na20 и Al2Os, со держащихся в одном литре раствора, или процентным содержанием этих веществ. Содержание Na20 :и А120 3 в граммах на литр раствора можно определить по сле дующим формулам:
N = % Na.O rf 1000 |
и А = % А120з d 1000 |
|
100 |
100 |
' |
где N — содержание Na20, г/л; А — содержание А120 3, г/л; d ■— плотность раствора.
Щелочь, присутствующую в алюминатной растворе, условно подразделяют на три вида: свободную, алюми натную и 'карбонатную. Свободная щелочь присутствует
в растворе в виде NaOH; алюминатная — это |
щелочь, |
которая связана с глиноземом в алюминат |
натрия |
(МайО-АЬОз). Карбонатная щелочь (Na2Oy) присутст вует в растворе в виде Na2C03. Сумму алюминатной и свободной каустической щелочи называют каустической щелочью (Na20 K), а сумму каустической и карбонатной щелочи называют общей щелочью (Na20 06m)-
Одним из важнейших показателей для характеристи ки алюминатных растворов является каустический мо дуль раствора ан—отношение молярных концентраций каустической щелочи и окиси алюминия, присутствую щих в алюминатном растворе. На пример, каустический модуль алюминатноіго раствора, содержащего 130 г/л
А120 з и J2Q г/д Na?Om равен
§
а |
120 |
130 |
= 1,52, |
|
62 |
102 |
|
где 102 и 62 соответственно молекулярные массы А12Ог
иNa^O.
Вобщем виде можно записать
|
1,65 |
Na20 |
где 1,65 — переводной |
|
А120з |
коэффициент от отношения |
||
Na20 : А12Оз по массе к мольному. |
||
Здесь значения Na20 |
и А120 3 могут быть выражены |
|
вграммах на литр или в процентах но массе.
2.Система 1\1а20 — А120 3— Н20
Растворение гидроокиси алюминия в каустической щелочи — процесс обратимый и выражается реакцией
А120 |
3■3 Н20 + 2 NaOH £ 2NaA102+ 4Н20. |
(1) |
|
Согласно уравнению реакции (1), |
при взаимодейст |
||
вии щелочи |
с гидроокисью алюминия |
происходит |
как |
растворение гидроокиси (переход ее в раствор), так и обратный процесс взаимодействия алюмината натрия с водой (реакция гидролиза) с образованием твердого осадка гидроокиси алюминия. Когда концентрация глинозема достигает определенной величины, при кото рой скорости прямой и обратной реакции становятся одинаковыми, наступает равновесие. Хотя процессы растворения и осаждения гидроокиси алюминия проис ходят непрерывно, равновесие между ними сохраняется и количество растворенного А120 3 в единице объема раствора остается постоянным. Такой алюминатный раствор называют равновесным.
Каждой концентрации каустической щелочи соответ ствует совершенно определенная растворимость глино зема при заданной температуре. Отложив значение этих
концентраций |
в прямоугольных |
осях |
координат— на |
||||
оси ординат |
значение |
концентрации |
А120 3, а на |
оси |
|||
абсцисс — значение концентрации |
Na20 K, получаем |
ряд |
|||||
точек. Кривая, |
соединяющая |
эти |
точки, |
отвечающие |
|||
постоянной температуре, |
носит |
название |
изотермы |
ра |
|||
створимости. Изменение температуры приводит к изме нению равновесных концентраций. Обычно раствори мость твердых веществ повышается с температурой.
7
На рис. 1 показаны изотермы растворимости для алюминатиых растворов при различных температурах [1—2]. Левые ветви кривых для температур 30—60 и 95°С отвечают равновесию раствора с гидраргиллитом, а для температур 150 и 200°С — равновесию с бемнтом. Каждая изотерма состоит из -двух взаимно пересекаю щихся ветвей.- Выше левых ветвей изотерм находится область алюминатиых растворов, пересыщенных гидро окисью алюминия. Эти растворы нестойкие и при опре-
Ыаг О, %
Рис. 1. Изотермы равновесия в системе
NaoO — АІоОз — НоО для 30 (1), 60 (2), 95 (3), 150 (4) и 200°С (5)
деленных условиях разлагаются с выделением гидро окиси алюминия. Ниже равновесных кривых находится область стойких ненасыщенных растворов. Они способ ны растворять гидроокись алюминия до тех пор, пока не наступит равновесие. Правые ветви изотерм относят ся к растворам высоких концентраций едкой щелочи. Эта область растворов нами рассматриваться не будет.
8
3. Стойкость алюминатных растворов
Изотерма растворимости гидроокиси алюминия в щелочи разбивает поле концентрацией алюминатного раствора на две области: расположенную выше изотер
мы растворимости — метастабнльную |
(пересыщенную |
||
область), и расположенную |
ниже равновесной |
кривой, |
|
отвечающую устойчивому |
состоянию |
системы |
(нена |
сыщенную). -Метастабнльной области отвечают раство ры, которые могут существовать без видимого разложе ния в течение определенного времени. Чем ближе к рав новесной кривой расположен состав раствора, тем при прочих равных условиях потребуется больше времени для его разложения.
Существенное влияние на стойкость алюминатных растворов этой области оказывают каустический модуль раствора, его концентрация, температура, наличие в растворе затравки в виде ранее полученной гидроокиси алюминия или поверхностно активных веществ, а-так жеперемешивание.
Чем выше каустический модуль, тем при прочих равных условиях более стоек раствор. Как правило, в промышленных условиях, практически стойкими счита ются растворы, каустический модуль которых выше 1,4—і1,5. Так, например, алюминатный раствор от вы щелачивания -бокситовых спек-ов, содержащий 130 г/л А120 3 и 120 г/л Na20 K (ссц— 1,52), достаточно стоек—не разлагается в течение времени, необходимого для осу
ществления очистки раствора |
от |
содержащихся в |
нем |
||
вредных примесей и отделения |
выделившейся |
твердой |
|||
фазы. |
алюминатных |
растворов |
|||
Изменение концентрации |
|||||
при постоянном ак оказывает |
более |
сложное |
влияние |
||
на их стойкость. Так, очень стойки |
высококонцентриро- |
||||
ванные растворы, содержащие |
около 300 г/л |
А120 3. |
С |
||
понижением концентрации раствора его стойкость умень
шается. Однако при сильном |
разбавлении (8—25 |
г/л |
А120 3) алюминатные растворы |
опять приобретают |
по |
вышенную стойкость. Чем ниже температура, тем менее стойким становится раствор. Эта взаимосвязь справед лива до температуры раствора 30°.С. Ниже этой темпе ратуры стойкость растворов вновь увеличивается.
При введении в алюминатный раствор затравки в виде гидроокиси алюминия стойкость растворов умень шается, аналогично влияет и перемешивание растворов.
9