/
Теги: металлургия
Текст
r *
«ОЧНИК
ЯЛУРГА
ПО ЦВЕТНЫМ
МЕТАЛЛАМ
ПРОИЗВОДСТВО
ГЛИНОЗЕМА
СПРАВОЧНИК
МЕТАЛЛУРГА
ПО ЦВЕТНЫМ
МЕТАЛЛАМ
ПРОИЗВОДСТВО
ГЛИНОЗЕМА
6.19851
[йГги"{
иИяотеЦ
Главная библиотека
1111111111
3091463
ИЗДАТЕЛЬСТВО «МЕТАЛЛУРГИЯ» МОСКВА 1970
Авторы
А. А. АГРАНОВСКИЙ, В. И. ВЕРХ,
В. А. КАВИНА, М. В. ЛЕВИН, .
А. Н. ЛЯПУНОВ, А. Э. МОНТВИД,
И. Н. МУНИЦ, В. Н. ЧЕРНИН
Редакторы
Ю. В, БАЙ МАКОВ, Я. Е. КОНТОРОВИЧ
УДК 669.712.1.05
Справочник металлурга по цветным металлам.
Производство глинозема. 1970, с. 320.
Приведены сведения о фнзико-химических.свой-
ствах важнейших соединений алюминия и алюми-
натных растворов, диаграммц. достояний химичес-
ких систем, определяющих процессы глиноземного
производства щелочными методами, а также
стандарты н технические условия.
Описаны различные способы производства гли-
нозема и приведены справочные данные по техно-
логии н аппаратуре глиноземного производства.
Справочник предназначен для инженерно-техни-
ческих работников алюминиевой промышленности.
Илл. 91. Табл. 116. Библ. 176 назв.
3—10—3 •
39-70
ОГЛАВЛЕНИЕ
Предисловие................................ 9
Раздел первый
ФИЗИКО-ХИМИЧЕСКИЕ ДАННЫЕ
И СТАНДАРТЫ
Глава I. Минералы, основное и вспомогательное сырье и
конечные продукты глиноземного производстве 11
1. Минералы, содержащие алюминий ... 11
2. Стандарт на боксит.................. 12
3. Стандарт на известняк............... 13
4. Стандарт на натр едкий технический (сода
каустическая)............................., 13
5. Стандарт на соду кальцинированную (син-
тетическую) ................................ 14
6. Стандарт на глинозем (технические требо-
вания) ..................................... 15
7. Технические условия на гидрат окиси алю-
миния для производства фтористых солей 16
8. Стандарт на едкое кали техническое . . 17
9. Технические условия на поташ из мине-
> рального сырья ................................. 17
10. Технические условия на содо-поташную
смесь, вырабатываемую при производстве
глинозема из нефелиновых пород .... 18
11. Химический состав и оптические константы
природных минералов окиси и гидроокисей
алюминия..................................... 19
Глава II.
Соединения алюминия и другие вещества,
представляющие интерес дли глиноземного
производства, щелочные и алюминатно-щелоч-
ные растворы ............................... 24
1. Субокиси алюминия...................... 24
2. Окись алюминия......................... 24
3. Гидроокиси алюминия.................... 26
4. Система А12ОЯ— Н2О..................... 29
5. Растворимость гидраргиллита в растворах
NaOH и КОН при разных температурах . 30
1* Зак. 505
3
6. Растворимость бемита и диаспора в рас-
творах NaOH при разных температурах . 32
7. Равновесное содержание А12О» в алюминат-
ных растворах с разной концентрацией
Na2O в зависимости от температуры . . 33
8. Растворимость гидраргиллита в растворах
NaOH, содержащих соду и хлористый нат.
рий, прн 60 н 90°С....................... 34
9. Растворимость соды в растворах алюмина-
та натрия при разных температурах . . 35
10. Растворимость сульфатов натрия и калия
в алюминатно-щелочных растворах («к =
=3,6) при разных температурах .... 36
1|. Составы алюминатных растворов калия и
натрия, насыщенных K2SO4 н Na2SO4, при
разных температурах (применительно к пе-
реработке алунитов)......................... 37
12. Растворимость пятиокиси ванадия в алю-
минатно-щелочных растворах.................. 39
13. Растворимость соды в растворах NaOH при
разных температурах......................... 40
14. Растворимость в воде при различных тем-
пературах веществ, представляющих инте-
рес для глиноземного производства ... 41
15. Плотность щелочных и алюмииатно-щелоч-
ных растворов при разных температурах . 42
16. Плотность водных растворов солей, пред-
ставляющих интерес для глиноземного
производства................................ 48
17. Изменение плотности растворов едкого
натоа с изменением температуры от 0 до
100°..................................... 49
18. Показатель светопреломления п синтетичес-
ких натровых алюминатно-щелочных и со-
до-алюминатно-щелочных растворов при
20°С........................................ 51
19. Вязкость и электропроводность щелочных
и алюминатио-щелочных растворов при
разных температурах......................... 52
20. Теплоемкости щелочных и алюмииатно-ще-
лочных растворов при разных температурах 58
21. Термохимические данные окиси и гидрооки-
сей алюминия................................ 64
22. Изобарно-изотермический потенциал при
разных температурах некоторых реакций,
представляющих интерес для глиноземного
производства .....'......................... 66
23. Теплоемкости, стандартные теплоты обра-
зования, изобарные потенциалы и энтропии
простых веществ и соединений, представля-
ющих интерес для глиноземного производ-
ства ..................................... 66
Ctp.
24. Теплбфйзическйе хйрактерйстикй иефели-
ноизвестняковой шихты...................... 78
25. Тепловые эффекты некоторых реакций гид-
роокисей алюминия ......... 79
.26 . Интегральные теплоты растворения NaOH
в воде и теплоты упаривания его раство-
ров ................................ .... 80
27. Физические и теплофнзические свойства
насыщенного водяного пара ...... 81
28. Давление пара растворов КОН, NaOH и
алюмннатно-щелочных растворов при раз-
личных температурах ...................... 83
29. Понижение температуры замерзания
растворов NaOH и алюминатных раство-
ров ...................................... 89
30. Температуры кипения водных растворов
некоторых кислот, солеи н оснований . . 89
Глава III. Физико-химические превращения в процессах
глиноземного производства.......................... 91
Системы, определяющие процессы способа Бай-
ера и гидрохимических переделов способа спе-
кания ..................................... 91
1. Система Na2O— А120з— Н2О............... 91
2. Система К2О — А120з— Н2О............... 92
3. Система (NaAlO2+NaOH) — (KAIO3+
+ КОН) —Н2О для ак=3,6 при 75 и 95°С 93
4. Система (NaAlO2+NaOH) — Na2SO«—Н2О
для ак =3,6 при 75 и 95°С................. 93
5. Система (КА1О2+КОН) — K2SO4 — Н2О
для ак=3,6 при 75 и 95°С.................. 93
6. Система NaA102 — КАЮ2 — КОН —
NaOH—K2SO4 — Na2SO4 — Н2О для «к =
=3,6 при 75 и 95°С........................ 93
7. Цикл процесса Байера в системе Na2O —
А120з — Н2О (примерная схема) .... 97
8. Взаимодействие извести с алюминатным
раствором................................. 98
9. Система Na2O — СаО— СО2 —А12О8 —
Н2О ..................................... 99
10. Частная система изотермы равновесных со-
стояний СаО —А120з — Na2O —СО2 — Н2О
для алюминатных растворов с ак=1,б5 . 103
11. Изменение концентрации соды в оборотных
алюминатно-щелочных растворах при упа-
ривании ................................. 104
12. Взаимодействия, происходящие при гидро-
химических процессах переработки бокси-
• товых шихт по способу спекания .... 104
13. Система Na2O—А12О3—SiO2—Н2О . . . . 108
14. Система Na2O— СаО — А120з— SiO2—
Н2О при 250—300°С......................И2
15. Некоторые сведения о системе Na2O—
А12О3—СаО—СО2—SiO2—Н2О...............116
Системы, определяющие физико-химические
превращения в нефелиновых и бокситовых
шихтах при спекании...................... 117
16. Система А12Оз—Na2O................... 117
17. Система К2О—Л12О3...................... Н9
1§. Система Na2O(Ma2CO3) —Fe2O3 .... 119
19. Система Na2O(Na2CO3)—SiO2..............119
20. Система КгСЦКгСОэ) —SiO2.............. 120
21. Система СаО (СаСОз)—А12О3..............120
22. Система СаО(СаСОз) — SiO2............. 121
23. Система СаО — Fe2O3....................122
24. Система Na2O—А12О3— Ре20з..............123
25. Система К2О — А12О3 — Fe/Js............124
26. Система Na2O — А120з — SiO2............124
27. Система К2О — А120з — SiO2............ 125
28. Система Na2Oi(Na2CO3) — СаО — SiO2 . . 126
29. Система СаО — А12О3 — SiO2............ 127
30. Система Na2O — Fe2Os — СаО.............128
31. Система Na2O — А12О3—СаО...............128
32. Система СаО — А12О3— Fe2Os.............129
33. Система Na2O— СаО — А120з—Fe2Os . . 129
34. Система Na2O(Na2CO3) —А12О3 —Fe2O3 —
SiO2................................... 129
35. Система Na2O — СаО — А12Оз — SiO2 . . 130
36. Системы На2О-А1гО8 — 2CaO-SiO2 м Na2O-
•Fe2Os —2CaO-SiO2 ...................... 131
37. Система КагО • А12О3 — №гО • РегОз —
2СаО • SiO2.............................131
38. Взаимодействия при .спекании шихт, .состав-
ленных на образование алюмината и фер-
рита натрия двухкальциевого силиката и
феррита кальция ........................ 132
Раздел второй
ПРОМЫШЛЕННЫЕ СПОСОБЫ
ПРОИЗВОДСТВА
ГЛИНОЗЕМА
Глава I. Краткая классификация видов алюминиевого
сырья и способов его переработки............ 134
>1. Сырье для производства глинозема . . . 134
2. Классификация способов производства гли-
нозема ....................................137
Глава II. Термические способы производства глинозема
Способ спекания, основанный на получении
щелочного алюмината...........................143
1. Общая характеристика.....................143
2. Технологические схемы производства гли-
нозема из бокситового и нефелинового
сырья . ........ . ... . 144
3. Аппаратурно-технологические схемы основ-
ных производственных операций .... 147
4. Баланс основных материалов...............166
5. Баланс воды и расход пара . . . • . . . 169
6. Расчетные формулы н номограммы . . . 171
7. Комплексная переработка нефелино-сиени-
товых пород .............. . ................176
Способы, основанные на получении алюмина-
тов кальция...................................176
8. Спекание с известняком...................178
, 9. Способы восстановительной плавки . . . 179
10. Гидрохимическая переработка алюмокаль-
циевых спеков и шлаков..................180
Глава III. Гидрохимические и комбинированные способы
производства глинозема............................... 183
1. Способ Байера. Общие сведения .... 183
2. Обычный («классический») процесс Байера 185
3. . Содо-нзвестковый вариант процесса Байера 191
4. Аппаратурно-технологические схемы основ-
ных производственных операций .... 192
5. Удельный расход пара и пути его сокраще-
ния ....................................... 215
6. Процесс Байера со спекательной ветвью . 218
7. Процесс с двукратным извлечением глино-
зема ....................................... 221
8. Гидрохимический процесс переработки алю-
мосиликатных пород............................225
Г л а в а - IV. Способы производства глинозема из алуиита 227
Глава V. Кислотные и кислотно-щелочные способы полу-
чения глинозема.......................................232
1. Общие сведения............................232
2. Особенности различных кислот как вспомо-
гательных реагентов в процессе получения
глинозема....................................234
3, Кислотные (или кислотно-щелочные) процес-
сы с проходящим потоком.......................237
Глава VI. Технологическое оборудование......................239
1. Дробильно-размольные установки .... 239
2- Печные установки..........................254
3. Реакционная аппаратура..............256
4. Выпарная и теплообменная аппаратура . . 262
5. Отстойные аппараты непрерывного действия 266
6. Фильтры.............................269
7. Транспортирование жидкостей, взвесей и
газов .......................................275
8. Резервуары и мешалки.....................279
Глава VII. Автоматический контроль и регулирование про-
изводственных процессов...............................283
1. Особенности измерения основных техноло-
гических параметров глиноземного произ-
водства ................................... 283
2. Элементы и схемы автоматического регули-
рования ....................................297
Литература...................................314
ПРЕДИСЛОВИЕ
В современной алюминиевой промышленности, отёчественной и
зарубежной производство окиси алюминия — глинозема является по
существу самостоятельной отраслью. Оно коренным образом отлича-
ется от производства металлического алюминия характером опера-
ций и осуществляется чаще всего на отдельных предприятиях.
В связи с этим, а также ввиду большого объема необходимой ин-
формации, обусловленного многообразием и сложностью технологи-
ческих схем, используемых в промышленности, часть справочника
«Производство глинозема» издается отдельной книгой.
Производству металлического алюминия будет посвящена вторая
книга — «Производство алюминия».
Основной материал справочника предназначен для широкого кру-
га технологов-шроизводственников, исследователей, проектировщиков,
работающих в области глиноземного производства. Авторы учиты-
вали также, что подобного рода пособиями пользуются работники
смежных специальностей и отраслей промышленности, в связи с чем
в справочник включены некоторые общие технологические сведения.
Раздел первый написан канд. техн, наук А. Н. Ляпуновым и инж.
В. А. Кавиной. Раздел второй напнсан: главы I, III, V и параграфы
3—5, 7, 8 главы VI — канд. техн, наук А. Э. Монтвидом; главы II и
IV — канд. техн, наук А. А. Аграновским; параграфы 1, 2, 6 главы
VI — инж. В. Н. Черниным; гл. VII — ннж. В. И. Верхом, канд. техн,
наук М. В. Левиным и инж. И. Н. Муницом.
Справочник составлен под общей редакцией докт. техн, наук
Ю. В. Баймакова н инж. Я, Б. Конторовича.
i
РАЗДЕЛ ПЕРВЫЙ
ФИЗИКО-ХИМИЧЕСКИЕ ДАННЫЕ
И СТАНДАРТЫ
Глава I
МИНЕРАЛЫ, ОСНОВНОЕ
И ВСПОМОГАТЕЛЬНОЕ СЫРЬЕ
И КОНЕЧНЫЕ ПРОДУКТЫ
ГЛИНОЗЕМНОГО ПРОИЗВОДСТВА
1. Минералы, содержащие алюминий
Таблица 1
Наименование и химическая формула Содержание, % Плот- ность, г [см* Твердость (по шкале Моос а)
А1,О3 SiO2 Na,O+- +R.O
Корунд А12О3 100 — — 4,0— 9
Бемит А12О8Н2О 85 — —. 4,1 3,01— 3,5—4
3,06
Диаспор А12О8 Н2О 85 — — 3,3— 6,5—7
Гидраргиллит (гиббсит) 65,4 — — 3,5 2,35— 2,42 3,56— 2,5—
Кианит A2O8 SiOa 63,0 37,0 — 3,5 4,5—7
Андалузит Al2O8SiO2 63,0 37,0 3,68 3,15 7,5
Силлиманит Al2O8SiO2 63,0 37,0 — 3,23— 7
Нефелин (Na, К)2ОА12О8 X 3,25
32,3— 38,0- 19,6— 2,63 5,5—6
X 2SiO2 36,0 42,3 2i,o
Калиофиллнт K2OAl2Os-2SiO2 32,3 38,0 29,5 2,4- 2,6 6
Полевые шпаты 18,4— 65,5— 11,0—
(Na, K)2O Al2O8-6SiO2 Мусковит 19,3 38,5 69,3 45,2 11,2 9,7 2
K2O-3Al2O8-6Si2O-2H2O
Наименование и химическая формула Содержание, % Плот- ность. Твердость (по шкале Мооса)
А12О3 SiO2 Na2O+ 4-RfiO
Лейцит К2О • А12О3 • 4SiO2 23,5 55,1 21,5 2,45— 2,5 5—6
Альбит Na2O • А12О3 6SiO2 19,4 68,8 11,8 2,61 6—6,5
Анальцим Na2O • А12О3 • 6SiO2 • 2Н2О 23,2 54,5 14,0 2,25 5
Серицит К2О- ЗА12О3 • 6SiO2 • 2Н2О 38,4 45,2 Н.7 — —
Каолинит Al2O3-2SiO2-2H2O 39,5 46,4 — 2,58— 2,6 1
Алунит K2SO4-A12(SO4)3-4A1(OH)3 37,0 -— 11,3 2,60— 2,80 3,5— 4,0
Криолит 3NaF-AlF3 24,3 — 2,95— 3,01 2—3
2. Стандарт на боксит (ГОСТ 972—50)
Таблица 2
Марка боксита Качественный состав, не менее Примерное назначение
содержание А12О3 (в пере- счете на сухое вещество), % отношение Al2O3:SiO2 (по массе)
Б-В Б-0 52 52 12,0 10,0 Производство электрокорун- да
Б-1 49 9,0 Производство глинозема, электрокорунда, глиноземи- стого цемента
Б-2 46 7,0 Производство глинозема, плавленых огнеупоров н гли- ноземистого цемента
Б-3 46 5,0
Б-4 Б-5 42 40 3,5 2,6 Производство глинозема и огнеупоров
Б-6 37 2,1 Производство огнеупоров (мартеновское производство)
Б-7 30 5,6 Производство глинозема и глиноземистого цемента
Б-8 28 4,0 Производство гдинозема
Для боксита, предназначенного для производства глинозема, ус-
танавливаются следующие пределы содержания серы: для боксита
марок Б-1, Б-2, Б-7, Б-8 не более 0,7%; для боксита марок Б-3, Б-4,
Б-5 — не более 1 %.
Боксит марок Б-1, Б-2, Б-7 и Б-8 выпускается в зависимости от
содержания углекислоты двух сортов: первый сорт — с содержанием
углекислоты до 1,3%, второй сорт — с содержанием углекислоты
свыше 1,3% от массы сухого боксита.
В боксите марок Б-3, Б-4, Б-5, предназначенном для производст-
ва глинозема методом спекания, допускается пониженное содержа-
ние окиси алюминия за счет увеличения содержания углекислого
кальция.
3. Стандарт на известняк (ГОСТ 5331—50)
Таблица 3
Показатели Класс
А Б в
Содержание углекислого кальция (СаСО8), %, не менее 95 82 50
Содержание углекислого магния (MgCO3), %, не более 2,5 10 40
Содержание глинистых примесей (SiO2-f- A12O8 + Fe2O8), %, ие более 2,0 8 8
В глиноземном производстве применяется известняк класса А для
приготовления шихт в спекательных способах н для получения из-
вести, необходимой в качестве добавки при выщелачивании диаспо-
ровых бокситов, при каустификации соды и обескремнивании алю-
минатных растворов.
4. Стандарт на натр едкий технический (сода каустическая)
(ГОСТ 2263—59)
Таблица 4
Показатели Твердый, марок Жидкий „Химический", марок
А „Химиче- ский" Б .Диафраг- менный" А Б в г Д
i сорт II сорт
Содержание едкого нат- ра, %, не менее .... 96 95 92 42 50 42 43 42
Твердый, марок Жидкий .Химический’, марок
Показатели А .Химиче- ский’ со <х •е-и
1 сорт И сорт 1 В „Диа I менный А Б В Г д
Содержание углекислого натрия (Na2COa), %, не более Содержание хлористого натрия (Nad), %, не бо- лее Содержание суммарное окислов железа, алюми- ния и марганца, %, ие болеее . Содержание железа в пе- ресчете иа Fe2O3, %, не более Содержание сульфатов (SOJ, %, не более . . Содержание кальция (Са), %, не более Содержание тяжелых ме- таллов группы H2S, %, не более Содержание кремнекисло- ты (SiO2), %, не более 2,0 1,0 0,03 Не норми- руется Не но, Т< 3,0 1,5 0,2 1МИру же » » 2,5 3,75 Не н 0,2 ется 0,6 0,05 ормиру 0,0015 0,02 0,006 0,003 0,008 1,о 2,2 ется 0,04 Н » » 2,0 4,0 0,04 е HOf 2,0 1,0 0,05 0,02 миру » » » 2,5 2,0 Не норми- руется 0,2 ется
Нормы примесей в жидком едком натре даны в пересчете на
100%-ный продукт.
В глиноземном производстве используется натр едкий жидкий
марки Г и Д и твердый марки Б.
5. Стандарт на соду кальцинированную (синтетическую)
(ГОСТ 5100—64)
Содержание углекислого натрии (Na,COa)...................99
Потери при прокаливании, % не более.....................2,2
Содержание хлоридов в пересчете на NaCl, % не более .... 0.8
Содержание не растворимых в воде веществ в количестве не бо-
лее 0,1% заводы-поставщнки гарантируют без проведения испы-
тания.
6. Стандарт на глинозем (технические требования)
(ГОСТ 6912—64)
Таблица 5
Марки глинозема Потерн при прокалива- нии, % не более Примеси, %, не более Содержа- ние a-AItO4, % Преимущественные области применения
двуокись кремния (SiOt) окись железа (Fe,Os) окись щелочных ме- таллов (K2O-)-Na2O) в пересчете на окись натрия (Na2O)
ГА85 ГА8 1,0 1,0 0,03 0,08 0,035 0,055 0,5 0,6 Не менее 25 Для производства пер- вичного алюминия (элек- тролитическим методом)
ГА6 ГА5 1.0 1,2 0,15 0,20 0,06 0,08 0,6 0,6 Не менее 15
ГЭБ 1,2 0,20 0,06 0,3 Не норми- руется Для производства бело- го электрокорунда
ГО 1,2 0,50 0,10 0,6 То же Для производства высо- коглиноземистых огне- упоров
ГК 0,5 0,50 0,07 0,3 85—95 Для производства элек- троизоляционных изде- лий
ГЭВ 0,4 0,06 0,035 0,1 Не менее 95 Для электровакуумной промышленности и спе- циальных видов радио- керамики
Примечания: 1. В марках глинозема буква «Г» обозначает глино-
зем, следующие буквы являются начальными буквами отрасли промышлен-
ности, для которой он предназначен. Цифры, стоящие после букв, указывают
чистоту первичного алюминия, т. е. содержание в ием алюминия (например:
ГА85 — глинозем для первичного алюминия с содержанием алюминия 99,85%).
2. Для определения щелочи (в пересчете иа Na2O) второй знак после за-
пятой не нормируется; результаты анализа округляют согласно обычным пра-
вилам.
3. Агрегатную смесь с показателем преломления выше 1,730 условно назы-
вают альфа-модификацией (а-А12Оа). Кроме альфа-чмодификации, в указан-
ной смесн имеются остатки низкотемпературных модификаций.
4. Марка ГК получается прокалкой рядовой гидроокиси алюминия с до-
бавкой A1FS в качестве минерализатора.
Глинозем марки ГЭВ по требованию заказчика поставляется с
содержанием а-А12О3 в пределах 75—85%. Этот глинозем должен
иметь округлую форму частиц; размер частиц основной фракции —
не более 3 мкм. Требования по гранулометрическому составу введе-
ны во П квартале 1967 г. Гранулометрический состав глинозема оп-
ределяют по методике, согласованной между Государственным коми-
тетом по электронной технике СССР.
В глиноземе марки ГЭБ, предназначенном для выплавки белого
электрокорунда, идущего на приготовление адикропорошка КВК
(СТУ 14605—63), содержание щелочей в пересчете на Na2O не дол-
жно превышать 0,1%; содержание SiO2 — 0,15%.
В глиноземе марки ГА85, предназначенном для химической про-
мышленности, содержание а-А12О3 должно быть в пределах 25—30%.
Влага, удаляемая при 120°С, не нормируется.
По внешнему виду глинозем должен быть однородным, белого
цвета, без посторонних включений н комков. Розоватый или серова-
тый оттенок глинозема не является браковочным признаком.
Готовая продукция должна быть принята техническим контро-
лем предприятия-поставщика. Предприятие-поставщик должно га-
рантировать соответствие глинозема требованиям настоящего стан-
дарта.
7. Технические условия на гидрат Окиси алюминия для
Производства фтористых солей (ЦМТУ 945—41 срок ввода
в действие 1 апреля 1941 г.)
Таблнца 6
Содержание примесей и влаги, %, не
более
Марка
Примерное назначение
ГДО 0,20 0,04
34—34,6
ГД1 0,25 0,06
0,70
34—34,6
Для получения криолита
и фтористого алюминия
высокой чистоты
Для получения нормаль-
ных сортов криолита и
фтористого алюминия
Примечания: 1. Содержание примесей SiO2, Fe2Os, NaaO даны в
пересчете на прокаленный прн 1100°С глинозем.
2. Внешний вид: мелкокристаллический порошок; должны отсутствовать
комки гидрата плотной структуры.
8. Стандарт иа едкое кали техническое (ГОСТ 8286—59)
Таблица 7
Показатели Марка
твердое жидкое
А Б В г
Содержание едких щелочей (КОН + NaOH) в пересчете на КОН, %, не менее . . Содержание карбонатов в пе- ресчете на К2СО3, %, не бо- лее Содержание хлоридов в пе- ресчете на С1, %, не более Содержание сульфатов в пе- ресчете на SO4, %, не бо- лее Содержание железа (Fe), %, не более Содержание натрия в пере- счете на NaOH, %, не более 95 2,5 0,75 0,2 0,03 2,0 92 3,0 1,0 0,3 0,05 4,0 50 1,5 0,75 0,2 0,01 2,0 50 1,5 1,0 Не норми- руется 0,01 4,0
9. Технические условия на поташ из минерального сырья
(ЦМТУ 4545—54)
Таблица 8
- Сорт
Показатели I 11
Углекислый калий, %, не менее 91,0 90,0
Углекислый натрий, %, не более .... 4,0 5,0
Сульфаты в пересчете на K2SO4 (без окис- ления), %, не более 1,8 2,1
Сульфиты в пересчете на серу, %, не бо- лее / 0,2 0,3
Соединения серы, суммарно в пересчете- на K2SO4 (с окислением), %, не более . . . 2,9 3,7
61985 л г й 5^ I 17
БкАлиотйиз
Показатели Сорт
1 2
Окись железа, %, не более 0,03 0,06
Полуторные окислы, %, не более .... 0,2 0,3
Хлористые соли в пересчете на хлор, %, не более 0,4 0,5
Влага, удаляемая при П0°С (в сухом), %, не более 3,0 3,0
10. Технические условия на содо-поташную смесь,
вырабатываемую при производстве глинозема из нефелиновых пород
(ЦМТУ 4457—54)
Таблица 9
Показатели Нормальная Обедненная
I сорт II сорт I сорт II сорт
Углекислый натрий и калий (в сумме), %, не менее 92,0 86,0 92,0 86,0
В том числе углекис- лый калий 15,0—30,0 15,0-30,0 6,0—15,0 6,0—15,0
Сульфаты калия и нат- рия (в сумме), %, не более 6,0 9,0 6,0 11,0
Окись железа, %, не более 0,05 0,05 0,05 0,05
Нерастворимый оста- ток, %, не более . . 0,5 0,5 0,5 0,5
Влага, %, не более . 3,5 3,5 3,5 3,5
Потери при прокали- вании, %, не более . 1.0 1,0 1.0 1,0
11. Химический состав и оптические константы природных минералов окиси и гидроокисей алюминия [174]
Таблица 1й
ъ 1 примечанв" '* — тическим констан- там По П. Г. Бетех- тину По А. К. Бол- 1> 3 =( Казахстанские бокситы, по К. Ф. Терентье- вой < £ с. □ 3 * в □ а V 1 (Салаир), по С. И. Бенеслав- | скому V 1 Краснооктяирв- ское месторож- дение по с и Крнеслав- | скому
i- Е 1 1 1 1 1
й 1 1 1 1 I
а § 1 I
о 5 ф я я § 1,759 1 1 1 1
< Е С Nm 1,767 1,770 1,739 1,755— 1,770 1 о ОСО
§ 1 1 Г 1 1 1
пикситы, в кши- рых найден минерал Коруид Теоретический | Казахстанские бокситы, по К. Ф. Терентье- вой а 1 сх о 75 1 2 1 о О К и то 5ч денне, по С. И. Беиеслав- Й о о
’ом 1 1 1
ОВЭ 1 1 1 1
о гоп 1 6,8— 8,75 5,47
5 'огад 1 5,9— 7,69 8,52
«Й я я о Ф ’O1S 1 7,55— 10,53 5,39
S Я X о'н 1 3,33— 4,79 О
'OEIV О о о •-Н 72,3— 74,8 73,08
<э
Химический состав, % Бокситы, в ко- торых найден минерал Оптические константы Примечания к оп- тическим констан- там
о” < о X О сю О <У 6* р СаО о <N Nm Np Ng—Np Ng- Nm
85,0 15,0 — — — — — Диаспор Теоретический 1,750 1,722 1,702 (010) 0,048 По А. Г. Бетех- тину, Винчеллу, Дэна
81,8 15,12 0,04 3,10 0,3 Североураль- ское месторож- дение, по С. И. Бенеслав- скому — 1,647— 1,744 — — — По Е. В. Рож- ковой, бокситы различных ме- сторождений
1,745 1,720 1,703 — — По Е. П. Ле- вандо,из бокси- тов
80,5 14,2 0,85 0,3 3,35 — — Южноуральские месторождения (Кукшик), по С. И. Бенеслав- скому 1,780 — 1,703 — 0,045 По Э. М. Бон- штедт-Куплет- ской, Косой Брод (Урал), из гидротермаль- ных жилок
Бемит
84,97 I 15,031 — I — I — 1 — 1 — [Теоретический |1,654—1 — |1,640—10,013—I — |ПоА. Г. Бете
I I I I | [ I I 1,661 || 1,646 I 0,015 | |тину
Продолжение табл. 10‘
Химический состав, % Бокситы, в ко- торых найден минерал Оптические константы Примечания к оп- тическим констан- там
о о» 5 о X м о сЮ м о (D tu О р СаО «а о Л Ng Nm Np Ng—Np №- Nm
68,93 15,33 9,90 2,05 3,93 — — Южноуральские месторождения, по Е. В. Рожко- вой и В. Н. Ка- рюкиной 1,661± ±0,003 — 1,646± ±0,003 — — По Винчеллу
1,650 1,645 1,640 — — По Е. П. Ле- ваидо из бокси- та
76,17 16,13 4,12 1,13 2,37 — — Тихвинские ме- сторождения, по Е. П. Левандо 1,651 — 1,638 — По Лаппарану,. из боксита
— 1,630— 1,638 — — — По С. И. Бенес- лавскому, из. боксита
70,00 14,60 8,50 2,8 3,74 — 0,03 Тихвинские ме- сторождения, по С. И. Бенеслав- скому — 1,610— 1,657 — — — По Е. В. Рожко- вой и А. Н. Ля- миной, из бок- сита
73,90 16,05 1,81 4,40 1,85 — 0,51 Североураль- ские месторож- дения, по С. И. Бенеслав- скому — — — — — —
Химический состав, % Бокситы, в ко- торых найден минерал Оптические константы Примечания к оп- тическим констан- там
О о X О 55 О е» О н 2 О о рГ Ng Nm Np Ng—Np Ng— Nm
65,4 34,6 — — Гидраргиллит Теоретический | 1,587 1,566 1,566 0,021 — По А. Г. Бетех- тину
65,21 33,08 0,28 0,98 0,25 — — Мурлиное ме- сторождение, по С. И. Бенеслав- скому 1,576 1,554 1,554 0,022 — По Винчеллу- («Оптическая минералогия»)
1,558 1,535 1,535 — — По А. К- Бол- дыреву
64,1 34,7 0,27 0,55 — — Киршт ейское месторождение, по С. И. Бене- славскому 1,584 — 1,566 0,018 — По С. И. Бене- славскому, из- бокситов
59,68 35,46 3,81 0,44 0,44 — — Тихвинское ме- сторождение, по Е. П. Леван до 1,595 — 1,581 0,014 — По Э. М. Бонш- тедт- Куплет- ской (Вишневые горы), из гидро- термальных жи- лок
.......,»>»•
-wi"" '•............
Продолжение табл. 10
Химический состав, % Бокситы, в ко- торых найден минерал Оптические константы Примечания к оп- тическим констан- там
О о Я я о со » о 0) k О н СаО о « о. Ng ♦ Nm Np Ng—Np Ng— Nm
58,5 39,9 0,16 1,32 0,23 — — Высокопольское месторождение, по С. И. Бене- славскому — — — — — Литературные данные отсут- ствуют
62,48 61,56 59,58 34,86 35,00 32,26 0,66 1,50 2,20 1,80 0,22 5,00 0,20 0,00 0,70 — — 1 Венгерские бок- киты, по Бар- ) дошли — — — — —
62,19 33,20 2,96 0,20 сле- ды — — Чадобецкое ме- сторождение, по С. И. Бенеслав- скому — — — — —
64,16 34,62 0,68 0,30 сле- ды — — Краснооктябрь- ское месторож- дение, по С. И. Бенеслав- скому — — — — —
Глава II
СОЕДИНЕНИЯ АЛЮМИНИЯ И ДРУГИЕ
ВЕЩЕСТВА, ПРЕДСТАВЛЯЮЩИЕ
ИНТЕРЕС ДЛЯ ГЛИНОЗЕМНОГО
ПРОИЗВОДСТВА, ЩЕЛОЧНЫЕ
И АЛЮМИНАТНО-ЩЕЛОЧНЫЕ
РАСТВОРЫ
1. Субокиси алюминия
Известны две субокиси — А12О и АЮ. -Субокись А12О получается
восстановлением глинозема углеродом или алюминиевой пудрой: пер-
вым восстановителем при 1800°С (в вакууме), вторым — при 2000°С
в атмосфере окиси углерода. Полуокись алюминия не взаимодейст-
вует с водой, соляной и серной кислотами. С раствором щелочи мед-
ленно реагирует при нагревании. При испарении глинозема, а также
при нагревании до 1450° смеси алюминия с корундом в вакууме с
остаточным давлением 10~3 мм рт. ст. образуется АЮ (моноокись).
2. Окись алюминия
Искусственный корунд можно получить гидротермаль-
ным способом нагреванием гидроокисей и у-окиси алюминия с водой
при температуре выше 400°С.
Корунд — а-А12О3, полученный длительным прокаливанием гидро-
окиси алюминия при 1000—1200°С, не вступает во взаимодействие с
кислотами и щелочами, полученный же прокаливанием диаспора при
500—600°С растворяется в щел-очны-х растворах при 190°С .и выше.
Искусственный минерал также получается электроплавкой глинозема
и .кристаллизацией расплава.
Природный корунд. К нему н-аря|ду с обыкновенным ко-
рундом и наждаком, т. е. мелкозернистым корундом, загрязненным
магнетитом, гематитом, кварцем и др., относятся .рубин и сапфир.
Товарный глинозем представляет смесь а- и у-глинозема. Содержа-
ние этих .разновидностей колеблется в широких пределах. Глинозем,
вырабатываемый ио Франции, содержит до 90% а-А120з, вырабаты-
ваемый в Советском Союзе-—30—40% а-А1Юз.
Превращение у-глинозема в a-глинозем сопровождается уменьше-
нием объема на 14,3%.
Структура решетки а-глинозема: два слоя из кислородных ионов,
образующих гексагональную упаковку; между -слоями размещены
ионы А13+. Каждый ион А13+ помещается между шестью ионами кис-
лорода, каждый ион О2- соединен с двумя АР+. Ромбоэдрическая
О
ячейка характеризуется: a='5,1.2A, а=55ч17' и содержит две моле-
кулы А12О3.
Тонкий порошок корунда быстро растворяется в криолито-глино-
земном расплаве, что важно ib производстве алюминия.
Теплота плавления 6000 кал/моль, теплота испарения
~ 150 ккал!моль. Температура плавления 2050°С, кипения 3400—
3700°С. Средний линейный коэффициент термического расширения
между 25 и 900°С [89] рассчитывается по формуле:
К = — ——— = 7,2- 10~6 -г 8,0 - |0~'® ,
/2В / — 25
где t — температура, °C;
/« — длина образца корунда при любой температуре, лежащей
ib интервале от 25 до 900°С;
/2В — то же, при 25°С.
Корунд показывает равномерное расширение при нагревании.
Ниже приведена теплопроводность спеченной А|20з (с пористо-
стью 4,5—7,5%) [5]:
Температура, °C................. 100 200 400 600 800 1000 1200 1400
Теплопроводность, ккал/ (м-ч-град) 24 , 18 10 7 6 5 4 4
Г а >м м а - гл им о з е м в природе не встречается, искусственно
получается в результате обезвоживания всех разновидностей гидра-
та окиси алюминия нагреванием, кроме диаспора. Кристаллизуется
в кубической системе как в скрытокристаллической (высокодисперс-
ной), так и в явнокристаллической формах. Параметр кристалличес-
кой решетки 7,91 А [6]. Показатель
преломления первой формы растет с.
увеличением температуры и продол-
жительности термической обработки:
его величина находится в пределах
1,627—1,680 [7]. Явно кристалличе-
ская форма, выделенная кристалли-
зацией из силикатных расплавов, име-
ет показатель преломления 1,736 [8].
Плотность с увеличением темпера-
туры обжига от 450 до 950°С повы-
шается от 3,22 до 3,50—3,77 г/сл3
[90].
Температура превращения у-А12О3
в корунд зависит от химической при-
роды стабилизирующей окиси. Темпе-
ратурный интервал превращения, рав-
ный 850—1050°С, характерен для
стабилизирующей окиси — воды. В
присутствии окиси Li2O переход в
а-А12О3 осуществляется при темпера-
туре выше 1500°С. Гамма-А12О3 хоро-
шо растворяется в водных растворах
NaOH и КОН. Растворимость в 6'—
8 %-ном растворе соды при 200°С со-
ставляет 4—5 г/л А12О3. Скрытокрис-
Время,сутки
Рис. 1. Кривые скорости пог-
лощения влаги у-А12О3 в
зависимости от температур,
при которых получену-А12О3,
1—500; 2—600; 3—700; 4—800;
6—900; 6-41000
таллический V-AI2O3 характеризуется высокой способностью к адсорб-
ции воды и других веществ. На этом основано 'применение его для
осушки воздуха для регенерации отработанных минеральных масел
и пр.
Характер зависимости количества влаги, адсорбированной по-
рошками, от температуры их обжига, показан на рис. 1.
Адсорбция водяных паров сопровождается выделением тепла и
понижением показателя преломления до NCp =1,609 [9].
3. Гидроокиси алюминия
Свежий алюмогель, выпавший при нейтрализации кислых или ще-
лочных растворов, имеет бемитовую природу; высокодисперсен, со-
О
стоит из шаровидных частиц (60—100 А).
При старении алюмогелей бемит постепеннно превращается в бай-
ерит, а затем в гидраргиллит. Этот процесс ускоряется при повыше-
нии температуры и pH среды (90]. Согласно исследованиям [160],
ряд стабильностей гидроокиси алюминия таков:
Аморфная гидроокись -» Аморфная гидроокись -* Байерит <-
A12OS-4H2O А12О8-ЗН2О
(гидрогель) (гидрогель.)
-> Гидрагиллит -* Бемит
Гидраргиллит А1 (ОН) 3 — главная составная часть многих
бокситов, устойчивая форма гидроокиси алюминия в обычных услови-
ях. Кристаллы имеют совершенную спайность по { 001 } и чешуйча-
тую форму. Получается .при разложении алюминатного раствора вы-
кручиванием и карбонизацией. При нагревании переходит в бемпт с
потерей двух молекул воды. Хорошо растворяется в щелочах и кис-
лотах.
На рис. 2 приведены графики зависимости средней скорости рос-
та гидраргиллитовых частиц в щелочных алюминатных растворах от
величины их пересыщения [68].
Пересыщение,г/л &г03 '
Рис. 2, Скорость роста ча-
стиц гидраргиллита при раз-
ных пересыщениях алюмина-
тного раствора; температу-
ра, °C:
/—50; 2-65
Байерит А1(ОН)3 — изомер гидраргиллита. В природе не
встречается, его получают искусственно:
ори самопроизвольном разложении (алюминатных растворов при
комнатной температуре; при медленном пропускании углекислого га-
за через алюминатный раствор н$ холоду; при старении коллоидной
гидроокиси.
Байерит —- неустойчивое еоединенме. ЛревраЩение байерита
в гидраргиллит протекает медленно, но в нагретом щелочном рас-
творе скорость превращения заметно увеличивается. Кристаллизует-
ся байерит в гексагональной системе; растворимость его в растворах
NaOH .выше, чем гидраргиллита. При нагревании байерит превраща-
ется в бемит.
В производстве глинозема способом спекания карбонизационная
гидроокись представлена -в основном сферолитоподобными -радиаль-
нолучистыми агрегатами. Центральная часть агрегатов состоит из
мелкозернистой массы байерита, а периферийная — из сравнительно
крупных клиновидных и призматических кристаллов гидраргиллита.
Основная масса байеровской гидроокиси представлена листовато-
пластинчатыми агрегатами гидраргиллита ступенчато-овальной фор-
мы; байерит в виде мелкозернистых образований присутствует здесь
в значительно меньшем количестве, чем в продукте карбонизации
[127].
Гидроокись алюминия амфотерна, т. е. способна растворяться в
водных растворах кислот и щелочей. В кислой среде А1(ОН)3 диссо-
циирует по схеме
А1 (ОН)з А13+ + 3 ОН“,
в щелочной — по схеме
Al (OH)s = Н3 A1OS = НА1О2Н2О Z Н+ + АЮ^ + Н2О
Константа диссоциации но первой схеме
(А13 + (ОН-)3
А1 (ОН),
= 10~33.
Значения констант диссоциации по второй схеме, определенные при
25°С различными способами, сильно расходятся (от 10-13 до 10-8)
[151-4167].
Изоэлектрическая точка, в которой растворимость гидроокиси
алюминия наименьшая, соответствует pH=9,2 для байерита и рН =
=9,4 4- 9,45 для бемита. Гидроокись алюминия переходит в раствор
в виде А13+ при рН<4 и в .виде аниона АЮпри рН>12. Некото-
рыми исследователями [22] принимается другой характер взаимодей-
ствия А1(ОН)з со щелочными растворами:
А1 (ОН)8 + ОН~ = [А1 (ОН)4 ]-,
и алюминат натрия в растворе представляется в виде NaAl(OH)4.
Многие исследователи [79, 49] допускают одновременное существо-
вание в щелочных алюминатных растворах нескольких комплексных
ионов: [А1(ОН)4]_, [A1(OH)S]2-, [А1(ОН)6]3-
По другим представлениям [9], при ионизации гидроокиси алю-
миния по схеме
+ —
Al (OH)S 2 ОН" + | НА1О2 | Ч-Н+
образуется двойственный ион, один конец которого заряжен положи-
тельно, другой — отрицательно. Образование осадка <из таких рас-
творов объясняется связыванием друг с другом этих двойственных
+ —•+ —•—’+
ионов с образованием цепочек! НА1О2 | | НА1О2 | | НА1О2| | и т. д.
Бемит А1ООН — одна из главных составляющих бокситов й ви-
де кристаллов субмикроскопического размера. Получается искус-
ственно:
а) обжигом гидраргиллита или байерита при 250—350°С;
б) нагреванием гидраргиллита и байерита в автоклаве под водой
или под водным раствором щелочи при 150° и выше;
в) при старении аморфной гидроокиси алюминия.
При указанных температурах происходит относительно быстрое
превращение гидраргиллита и байерита в бемит. Нижний предел тем-
ператур превращения может быть иной (см. систему А12О3 — Н2О).
Бемит кристаллизуеся в ромбической системе. Кристаллы пластин-
чатые со спайностью по j 010 }.
Растворяется в щелочных растворах только при высокой темпера-
туре. При обжиге переходит в у-А12О3.
Диаспор А1ООН входит в состав диаспоровых бокситов. По-
лучается при выдерживании бемита в гидротермальной бомбе при
280—450°С в присутствии затравки из диаспора.
Ячейка ромбической системы имеет параметры: а=4,4; 6=9,39;
О
с=2,84 А, содержит четыре .молекулы А1ООН. Кристаллы тонкоплас-
тинчатые со спайностью по | 0,40 | или игольчатые со спайностью
00Г{, реже таблитчатые со спайностью { 001 Растворяется в ще-
лочных растворах хуже бемита.
Рис. 3. Диаграмма равновесных состояний для си-
стемы А12О,—Н2О с логарифмической шкалой по оси
давления (иго Эрвину и Осборну)
4. Система А12О3 —Н20 [10]
Все поле выше 380—415°С занято корундом. Ниже 130°С распола-
гается область гиббсита. Поле между 130 и 275—300°С при давлении
выше 140,6 кГ1см2 занято бемитом1, а ниже 140,6 кГ/см2 поле беми-
та простирается вплоть до поля корунда. Между 275—300°С и
385—415°С -выше давления 140,6 кГ!см2 располагается поле диаспора.
На диаграмме имеется четверная точка, в которой бемит, диаспор
И корунд сосуществуют в равновесии с жидкой фазой. В этой точке
соединяются три пограничные кривые: бемит — диаспор, диаспор —
корунд и бемит —корунд. Давление в четверной точке радио
140,6 кГ1см2-, температура 385±1В°.
Ни в одной области не было установлено стабильное существова-
ние байерита и у-А1гО3.
Диаграмма в общих чертах выражает равновесные состояния,
так как диаспор и корунд не превращались в бемит. Достижение
равновесия осуществлялось одновременным применением двух ис-
ходных материалов: активного геля глинозема и метастабильного
у-А12О3 с затравками кристаллических фаз. За стабильную фазу в
данных условиях принималась затравка, которая росла в обоих ма-
териалах.
Изучены другие пути минералообразования в системе А12О3 —
Н2О.
Кеннеди [80] на основании термодинамических данных вычислил
границы фаз диаспор — бемит и показал, что диаспор в бокситах и
глинах может образовываться при атмосферном давлении и обыч-
ных температурах, 'причем сделал вывод о метастабильности бемита.
Антипов-Каратаев и Рюб [81] получили диаспор из алюмогеля
при двухгодичном выдерживании последнего в закрытой банке.
Многими исследователями строго установлена следующая после-
довательность превращений при старении алюмогеля:
алюмогель -> бемит -* байерит гидраргиллит.
Бенеславский, а также Терентьева [82] обнаружили в ряде гид-
раргиллитовых бокситов осадочный корунд, загрязненный SiO2,
Fe2O3, ТЮ2 и по своим свойствам отличный от корунда, полученного
термическим способом.
1 Поле бемита распространяется, по-видимому, до более низкой темпера-
туры, чем 130°С, так как бемит кристаллизуется из алюминатного раствора
при 95°С в присутствии бемитовой затравки (not М. Г. Лейтейзен).
5. Растворимость гидраргиллита в растворах NaOH и КОН
при разных температурах
Таблица 11
Растворимость гидраргиллита в растворах КОН при 30, 60 и 95°С
[91] (составы равновесных растворов, %)
30°С 60°С 95°С
К2О А12о_, К2О Д12Оа к,о А12О„
10 0,92 10 3,10 10 5,45
14 1,50 14 5,30 14 8,10
18 2,70 18 8,60 18 11,80
22 4,10 22 12,90 22 16,60
26 9,15 26 18,00 26 22,45
29,5 16,90 28,2 21,10 28,1 25,80
30 15,30 30 18,20 30 22,00
34 6,25 34 11,85 34 15,65
38 3,10 38 6,50 38 10,55
42 1,70 42 3,30 42 6,25
Равновесной твердой фазой с растворами концентрации до
~ 30% КгО является гидраргиллит, а с растворами концентрации от
~ 30 до ~ 46% К2О кристаллогидрат состава К2О • А12О3 • ЗН2О.
Таблица 12
Растворимость гидраргиллита в растворах NaOH при 40, 50, 70, 80,
90 и 100°С [12]
Концентра- ция Na2O, % Концентрация А12О„ (%) при
40°С, 264 ч 50'С. 168 ч 70°С, 96 ч 80сС, 72 ч 90°С, 48 ч 100°С, 24 ч
4 0,7 0,9 1,5 2,0 2,4 2,8
6 1,2 — 2,5 3,2 3,8 4,5
8 1,7 — 3,6 4,6 5,4 6,4
10 2,2 — 4,8 6,3 7,5 8,7
12 3,0 — 6,4 — 11,3
14 4,1 — 8,5 — — 14,4
'16 5,5 — 12,3 .— -—. 18,0
18 7,6 — 16,4 — — 20,5»
* Концентрация А12О3 дана для раствора с содержанием 17% Na,O.
Приведенные концентрации А12О3 в растворах NaOH немного ни-
же равновесных, так как продолжительности растворения, указанные
в таблице, меньше времени, необходимого для достижения равнове-
сия [13]. Более точные сведения о растворимости гидраргиллита при
40, 50, 70, 80, 90, 100°С отсутствуют.
Зи
03
Sf
X
03
b
6. Растворимость бемита и дйаёпора в растворах NaOH
при разных температурах
Таблица 14
Растворимость бемита в растворах NaOH при 150, 200 [9], 250,
300°С [11]
150°С 200°С
Na2O Al2os Na2O А12Од
% г/л % г/л % г/л % г/л
6 67,61 4,42 49,80 6 68,24 5,60 63,69
8 10 93*85 121,99 6,35 8,32 74,50 101,49 8 10 94,85 114,50 7,73 9,95 91,64 113,93
12 152'12 10,46 132,60 12 154,15 12,34 158,51
14 184'31 12,67 166,80 14 187,10 14,85 198,42
16 218'62 15,10 206,33 16 222,15 17,55 243,67
18 255,20 17,75 251,70 18 259,86 20,63 297,83
20 295,35 21,25 313,81 20 300,66 24,20 363,80
22 339j80 25,65 396,18 22 340,63 29,20 452,10
24 388 Л 3 зо;во 494,86 24 398,38 35,34 586,61
26 436,19 34,35 576,27 26 447,26 39,08 672,26
26,58 450j55 35,34 599,03 26,06 450,79 39,20 678,08
28 463;95 29,05 481,34 28 476,67 34,10 667,34
30 489;00 23,00 374,90 30 514,78 30,35 508,85
Продолжение табл. 14
250°С 300°С
Na2O AlgOg Na2O А12О3
% &1л % г/л % г/л % г/л
в 69 00 7,0 80,50 6 69,49 7,90 91,49
g 96 19 9,6 115,43 8 97,02 10,75 130,37
10 125,48 12,2 153,09 10 126,74 13,60 172,37
12 157;13 15,1 197,72 12 158,86 16,70 221,07
14 191,16 18J 247,14 14 193,61 20,05 277,28
16 227,84 21,5 306,16 16 230,29 23,20 333,92
18 265;64 24,2 357,14 18 269,05 26,30 393,11
20 308,58 28,6 441,27 20 310,20 29,50 457,55
f 22 352;97' 32,3 518,22 22 355,15 33,40 539,18
с 24 399,70 35,95 599,71 24 402,38 37,20 623,70
4 —
Таблица 15
Растворимость диаспора в растворах NaOH при 250 и 300°С [98]
250°С зоо°с
NaaO A12O3 NaaO AlfiO3
% г/л % г/л % г/л % г/л
12 156,4 14,45 188,4 8 96,81 10,46 126,58
14 190,3 17,45 237,2 10 126,45 13,28 167,93
16 226,3 20,40 288,5 12 158,21 16,10 212,26
18 264,4 23,40 343,7 14 192,35 19,05 261,74
20 305,61 26,95 411,81 16 228,99 22,30 319,16
22 351,38 31,50 503,12 18 267,88 25,58 380,69
— — —. — 20 289,12 28,90 417,78 .
Примечание. Содержание NasO, Ai£O„ в табл. 13, 14, 15 показано
для плотности раствора при 15°С.
7. Равновесное содержание А12О3 в алюминатных растворах
с разной концентрацией Na2O в зависимости от температуры
[9, 11]
Таблица 16
Содержание А!2Оа (%) при температуре, °C
Na2O 30 60 95 150 200 . 250 300
твердая фаза бе- 1 мит : твердая фаза диа- i спор твердая ; фаза бе- . мит твердая фаза диа- спор
4 0,75 1,5 2,81
6 0,9 2,48 4,41 4,42 5,6 7,0 — 7,90 —
8 1,32 3,63 6,15 6,35 7,73 9,6 — 10,75 10,46
10 1,92 4,97 8,27 8,32 9,95 12,2 ' . 13,60 13,28
12 2,68 6,45 10,76 11,46 12,34 15,1 14,45 16,70 16,10
14 3,61 8,16 13,60 12,67 14,85 18,1 17,45 20,05 19,05
16 4,75 10,25 16,80 15,10 17,55 21,5 20,40 23,20 22,30
18 6,75 13,42 22,50 17,75 20,63 24,2 23,40 26,30 25,58
20 11,1 24,6 27,64 21,25 24,20 28,6 26,95 29,50 28,90
22 25,0 15,2 19,93 25,65 29,20 32,3 31,50 33,40 —
24 8,42 10,2 12,20 30,60 35,34 35,95 — 37,20 —
26 4,56 7,34 5,6 34,35 39,08 — — „ — —
28 2,89 5,5 — 29,05 34,10 — — — —
30 2,0 4,23 — 23,0 30,35 — — -— —
8. Растворимость гидраргиллита в растворах NaOH, содержащих
соду и хлористый натрий, при 60 и 90°С
Таблица 17
Растворимость гидраргиллита в содо-щелочных растворах при 60°С
в зависимости от концентрации соды при некоторых постоянных
концентрациях NaOH [66]
Концентрация №2Ок, % Равновесная концентрация А12О3 (%) при
0,0% Na2Oy ' l,9%Na.Oy 3,6% №2Оу 4,7% Na2Oy
7,0 2,67 2,75 3,03 3,15
8,0 3,05 3,27 3,47 3,65
9,0 3,43 3,75 4,00 4,20
10,0 3,92 4,35 4,65 4,85
11,0 4,52 5,10 5,42 5,62
11,5 5,07 5,72
Таблица 18
Растворимость гидраргиллита в содо-щелочных растворах
при 95° С [66]
Состав растворов, насыщенных гидраргиллитом, %
Na2OK Na2Oy A12O2
10,30 2,40 9,36
14,90 2,25 16,80
15,17 2,06 17,33
14,20 4,00 16,40
14,50 4,10 16,60
6,56 6,06 6,25
10,52 6,60 11,10
Таблица 19
Растворимость гидраргиллита в щелочных растворах, содержащих
NaCl, при 60°С, в зависимости от концентрации последнего при
некоторых постоянных концентрациях NaOH [66]
Концентрация Na2OK, % Равновесная концентрация Al2Oa, %
0,0% NaCl 3,5% NaCl 6.9% NaCl 11,2% NaCl
7 2,63 2,70 2,80 3,10
8 2,98 3,15 3,45 3,75
9 3,40 3,60 4,10 4,45
10 3,85 4,08 4,75 5,10
11 4,40 4,65 5,40 5,75
9. Растворимость соды
в растворах алюмината натрия при разных
температурах
Таблица 20
Растворимость соды в растворах алюмината натрия в зависимости
от их концентрации и каустического модуля (ак) при 95°С [15]
Na2O к Na2O У А12О8 а К
% г/л % г/л % г/л
0,36 4,85 16,80 226,0 0,47 6,32 1,26
3,30 41,40 11,40 143,0 2,65 33,30 2,05
6,56 83,50 6,06 77,30 6,25 79,60 1,73
14,50 206,20 3,72 53,00 15,80 225,00 1,51
16,30 242,50 2,84 42,40 19,20 286,20 1,39
17,40 268,00 1,46 22,45 21,10 325,00 1,36
18,00 278,00 1,28 19,75 23,70 366,00 1,25
Таблица 21
Растворимость соды в растворах алюмината натрия в зависимости
от их концентрации и каустического модуля (ак) при 250и 300°С [92]
Концентрация Na£OK , % Равновесные концентрации Ма2Оу (%) при
250°С 300°С
а - 1,474-1,51 к а = 3,294-3,30 К а - 3,284-3,30 к
10,0 7,15 7,80 7,95
11,0 6,25 6,90 7,10
12,0 5,45 6,10 6,35
13,0 4,75 5,35 5,55
14,0 4,15 4,65 4,30
15,0 3,75 4,15 4,45
16,0 3,40 3,85 4,10
17,0 3,10 3,55 3,80
18,0' 2,85 3,25 3,45
19,0 2,65 2,95 3,20
20,0 2,45 2,70 2,90
21,0 — 2,45 2,65
22,0 .—. —
23,0 — —
24,0 — — —
10. Растворимость сульфатов натрия и калия в алюминатно-
щелочных растворах («к =3,6) при разных температурах
Таблица 22
Растворимость Na2SO4 в растворах алюмината натрия при 75
_______________________и 95°С [16]_______________________
75°С 95°С
Na2OK SO, Na2O к SO„
% г]л % г/л % г/л % г/л
4 50,6 12,3 155,4 4 49,8 12,9 160,5
6 75,3 10,2 128,0 6 74,6 10,4 129,5
8 100,5 8,3 104,0 8 99,6 8,3 103,2
10 126,1 6,8 85,9 10 125,0 6,6 82,5
12 152,5 5,4 68,9 12 152,0 5,1 64,5
14 180,0 4,2 54,1 14 179,5 3,9 49,9
16 209,5 3,3 43,2 16 208,0 2,9 37,6
18 240,0 2,4 32,0 18 238,0 2,1 27,8
20 273,0 1,8 24,5 20 271,0 1,4 18,95
22 306,5 1,4 19,5 22 305,0 1,0 13,8
24 343,0 1,1 15,7 24 340,0 0,7 9,9
26 381,0 0,8 11,7 26 378,0 0,5 7,3
28 425,0 0,7 10,6 28 418,0 0,4 5,97
Упарка растворов до концентрации 30,6% Na2OK при 95°С и до
28,8% при 75°С сопровождается выделением одного сернокислого
натрия. Дальнейшее выпаривание раствора приводит к выделению,
гидроалюмината натрия либо одного, либо в смеси с сульфатом.
Таблица 2.3
Растворимость K2SO4 в растворах алюмината калия при 75
________________________и 95°С [16] _______________
75°С 95°С
К2ок SO3 К’°к so8
% г/л % г/л % г/л % г/л
6 67,5 4,3 48,3 6 68,0 5,5 62,3
8 90,5 3,2 36,2 8 91,0 .3,7 42,1
10 114,3 2,3 26,3 10 114,5 2,7 30,9
12 139,0 1,6 18,5 12 138,9 2,0 23,1
14 165,2 1,1 12,98 14 164,5 1,5 17,6
16 193,0 0,7 8,40 16 191,5 1,1 13,1
18 221,0 0,5 6,10 18 219,5 0,8 9,75
20 251,0 0,3 3,76 20 249,0 0,55 6,85
22 282,0 0,25 3,21 22 280,0 0,35 4,45
24 315,0 0,2 2,60 24 312,0 0,25 3,25
26 349,0 0,1 1,30 26 345,0 0,1 1,33
28 385,0 0,08 1,10 28 382,0 0,08 1,09
Спаривание раствора при 75°С до 29,3% К2Ок сопровождается
выделением сульфата калия. Дальнейшее выпаривание в интервале
концентраций 29,3—38,3% К2Ок и 0,05—0,002% SO3 происходит с
образованием осадка mK2SO4-nKOH (состав не установлен). Кон-
центрирование раствора выше 40,5% К2О к приводит к выделению в
осадок гидроалюмината калия.
При 95°С гидроалюминат калия начинает выделяться при дости-
жении концентрации 40,9% К2Ок-
11. Составы алюминатных растворов калия и натрия, насыщенных
K2SO4 и Na2SO4, при разных температурах (применительно
к переработке алунитов) [17]
Каустический модуль алюминатных растворов 3,6. Содержание
составляющих растворов выражено в окислах: Л2ОК отвечает сумме
окислов, связанных в алюминаты и свободные едкие щелочи калия и
натрия; Т?2Ообщ-—сумме %2Оки /?2О сульф, связанного, в виде сульфа-
тов; К2Ок — сумме окислов в виде алюмината калия и едкого кали;
К2Ообщ—-сумме КгОки К2ОСульф; Na2OK—сумме окислов в виде
алюмината натрия и едкого натра; Na2O(16m— сумме Na2OK и
Na2O сульф! SO3 — содержание сульфатов калия и натрия. В табл. 24
даны составы растворов при 95°С, а в табл. 25—при 70 и110°С.
Таблица 24
Содержание, г/л К2О
2 общ
Ц2О по КагО общ КгО , Na2O „ so8 Na2O
К по Na2O общ общ 2 общ
76,9 99,2 123,7 17,5 28,8 7,07
110,3 130,4 155,0 27,9 26,0 5,56
222,0 226,3 260,8 54,2 4,9 4,82
243,0 245,3 275,9 62,2 3,5 4,44
110,3 134,9 103,9 66,4 32,4 1,57
130,9 156,7 121,0 77,2 35,8 1,57
145,1 165,4 123,3 84,2 30,3 1.47
151,3 167,8 123,8 86,0 25,6 1,44
180,0 193,6 140,1 101,2 17,7 1,38
199,6 211,9 154,1 110,5 14,2 1,39
218,8 225,7 157,5 121,9 9,6 1,29
236,2 242,0 164,6 133,5 9,0 1,23
111,6 137,7 98,5 72,8 32,7 1,34
138,3 163,0 116,3 86,4 33,7 1,34
156,2 177,6 127,2 93,7 27,2 1,35
178,6 195,8 130,9 109,5 22,0 1,19
192,8 204,1 133,2 116,2 16,4 1,14
215,1 222,0 140,2 129,5 Н.1 1,08
235,9 242,8 155,5 140,5 9,7 1,11
109,7 133,0 85,4 76,6 32,6 1.Н
150,0 174,2 106,4 103,9 32,6 1,02
187,9 203,7 115,6 127,4 23,3 0,91
215,8 226,3 121,8 146,0 15,9 0,83
109,7 140,1 42,6 112,0 42,1 0,38
178,6 215,8 54,8 179,6 53,0 0,31
Продолжение табл. 24
Содержание, г/л К2О л 2 общ Na2O - 4 общ
R£O по Na2O к R2O . общ по Na2O К2О а 2 общ NaaO л общ SO3
220,7 250,1 55,9 213,3 41,4 0,26
253,0 277,3 57,8 239,2 31,3 0,24
111,0 144,4 50,0 111,5 44,2 0,45
190,3 229,5 63,9 187,4 48,8 0,34
222,6 251,4 60,3 211,7 39,0 0,28
247,4 273,9 60,5 234,1 34,2 0,26
295,1 313,8 60,7 273,8 22,8 0,22
108,5 143,2 42,1 115,5 44,3 0,36
195,3 240,3 60,0 200,8 59,5 0,30
217,6 257,5 55,1 221,1 52,2 0,25
250,5 275,0 49,9 242,1 35,7 0,21
112,8 136,6 32,8 115,0 31,9 0,28
216,4 255,9 57,7 217,9 51,9 0,27
230,6 264,0 53,6 228,6 46,1 0,24
244,9 275,0 53,1 239,9 40,5 0,22
107,9 144,7 41,5 117,4 48,4 0,35
181,9 231,6 57,1 194,0 64,5 0,29
215,8 253,7 49,3 221,2 52,5 0,22
239,3 272,5 53,0 237,6 42,9 0,22
259,3- 284,6 53,1 249,6 34,1 0,21
299,5 317,0 52,8 282,2 22,2 0,19
110,0 144,8 31,3 124,2 43,8 0,25
211,4 251,0 51,2 217,3 51,0 0,24
242,4 272,8 53,7 237,3 38,6 0,23
281,5 298,6 53,2 264,4 27,1 0,20
104,8 144,3 32,0 123,2 51,9 0,26
215,8 253,5 54,1 217,8 48,3 0,25
257,9 282,5 53,2 247,4 32,9 0,22
Таблица 25
Темпера- тура, °C Содержание, г/л
Я2°к по Na2O КгО , общ по NasO Кг° « общ Na,O , общ SO, к2о . общ
Na,O х общ
70 112,8 145,2 45,3 115,3 44,0 0,39
159,3 193,7 53,2 158,6 46,7 0,34
165,5 197,8 52,2 163,4 44,1 0,32
202,7 227,2 48,8 195,0 33,3 0,25
216,8 238,9 47,8 207,4 29,5 0,23
248,6 265,4 44,2 236,3 21,7 0,19
114,0 152,9 52,5 118,1 48,5 0,44
Продолжение
Темпера- тура, °C Содержание, г/л
Я2°к по NasO общ по Na2O К’°оСщ Na2o_, общ so, КгО Л общ
Na2O , общ
но 203,4 240,4 69,5 194,6 51,1 0,36
225,4 259,6 67,7 215,0 43,5 0,31
246,5 275,6 66,1 232,0 36,8 0,28
275,3 298,6 65,6 255,3 30,8 0,26
12. Растворимость пятиокиси ванадия в алюминатно-щелочных
растворах [163]
Таблица 26
Концентрация №2Ок , % Растворимость V2O6 (%) при различных температурах °C
20 30 45 75
8,6 7,4
11 0,60 12 24 —
12 0,53 3,2 23,5 —
13 0,45 2,5 15 31,5
14 0,38 1,8 11,5 31,8
15 0,32 1,4 7,5 32,0
16 0,29 1,05 4,5 32,2
17 0,24 0,80 3,0 32,7
18 0,21 0,57 2,0 35
19 0,19 0,45 1,5 20*
20 0,17 0,37 1,0 10
21 0,16 0,31 0,70 7,8
23 0,15 0,23 0.55 5,0
25 0,14 0,20 0,40 3,7
27 0,13 0,12 0,30 2,6
29 0,06 0,09 0,25 2,1
31 0,10 0,13 0,35 2,4
33 0,18 0,18 0,42 3,0
35 0,25 0,25 0,50 3,6
* Значение получено дальней интерполяцией.
Примечания: 1. Приведенные данные относятся к алюминатно-ще-
лочным растворам с каустическим (модулем 4,5—32 (изменение модуля в этих
пределах ие оказывает заметного влияния на растворимость VsOe);
2. Составы твердых фаз, находящихся в равновесии с растворами, см. в
работе [1631.
а?
£ §
s *s
co *0o
а ю
~ £ О
S О H
2 я re
• S 2
®о X
S=Eg
» л
re ш re
я а
я« '
c
>•§
CC*
о
ё я
S со
оО
» ГС
о ,-4
я
s
CJl
к
ю
Jfl
о
о
я
g
Я Я
н О OV
СО -1
я о к
J3
►pare
Й м We
я £
►* *о
р к
S Я
а = м
И°
4 О W
ж и -°
« g
~ “ чз
га В I
gSp
g
р* re о*
ьэ ьо ьэ to to м to to to to to
nnnnnOOOOQn
ooooooooooo
гл, pjt гл гл гл РЛ ел гл гл гл гл
ааяддаа
to to to to to _ц Д<
ооооо^
аааа
to to to »
оооо
“Г
р
ЬЭФ^-СЛООЬООФСЛ
О <! О & ОЗ ьо ЬО О
^ЧС:-С/ОС: О
О
§
и
я
*
f
Sc
Е*
Я
•d
Я
Н
ед
о\
Й
S
р
аз
ю
14. Растворимость в воде при различных температурах веществ,
представляющих интерес для глиноземного производства [18]
Таблица 28
Вещество Растворимость безводной соли (%) при
0°С 10°С 20°С зо°с ' 40°С 50°С so°c 80°С юо°с
A1(NO3)3 37,8 40,2 43,0 44,9 46,3 49,1 50,9 54,6
А 2(5О4 )3 23,8 25,1 26,7 , 31,36 28,8 31,4 34,3 37^ 42^2 47,1 32,23 60,7
AlClg 31,03 31,63 —. 31 J3 32,32
КА] (SO4) 2 2,92 — 28,43 7,75 — — 19,9
NaAl(SO4)7 27,23 28,23 7,20 29,50 29,88 — — —
NH4A1(SO4)’ 2,05 4,75 9,91 12;95 16,75 21,06
A1F3 (a-фаза)* 0,13 0,28 0,40 . — — 0,69 - 0,98 1,65
Cao 0,13 — 0,123 0,113 0,104 0,096 0,086 0,067
CaS04 0,176 0,193 0,202 0,210 0,211 — 0,201
K2CO3 51,9 52,2 52,8 53,4 53,9 54,8 55^9 58,3 60 9
KC1 22,2 23,8 25,5 27,2 28,7 30,1 31,3 зз;в 36,0 64
KOH 49,2 50,8 52,8 55,8 — 58,3
K2SO4 6,87 8,47 10,0 11,5 13,0 14,2 15,4 17,6 19,4 0,458 31,1 28 2
K3[Alb6J 0,086 — — 0,143 —
NagCOg 6,4 11,2 17,8 29,0 33,2 32,2 31,7 31,1
NaCl 26,3 26,3 26,4 26,5 26,7 26,9 27,1 27^6
Na3PO4 4,3 7,6 10,8 14,0 16,8 22,7 28,5 35 J
NaOH 34,0 52,2 54,3 56,3 59,1 63,5 75 J 77,6 29,9 4,11 0,135
Na2SO4 NaF 4,5 4,05 8,2 16,1 4,03 28,8 32,5 32,0 30,5 зо;о
Na3[AlFe] Na3VO4 0,0348 8,32 — 15,86 0,0417 20,38 24,02 29,56 32,59 38,95
’Данные взяты из работы [94]. ** Данные взяты из работы [95].
15. Плотность щелочных и алюминатно-щелочных растворов
при разных температурах
Плотность растворов алюмината натрия при 20°С определяют по
диаграмме следующим образом. Из точки, отвечающей содержанию
Иа2Окв растворе (на горизональной осн), проводят перпендикуляр
до пересечения с горизонтальной прямой, проведенной через точку,
отвечающую содержанию в растворе А12О3 и лежащую «а верти-
кальной оси. Верхний конец накло'ннной линии, на которой лежит
точка пересечения, указывает на шкале искомую плотность рас-
твора.
Плотностью алюминатно-щелочных растворов, содержащих соду,
увеличивается на величину OC№sO , 'где С иа2Оу—концентрация
Na2Oy, %. Коэффициент D изменяется от содержания Na2OK [96]:
Na,O . %.................. 0.0—9,5 9,5—13,0 13,0—18,5 18,5—25,0 25,0—30,0
к
D ........................ 0,0185 0.021 0,0235 0,021 0,0185
Значение D берется для условной концентрации Na2OK чистого
раствора NaOH той же плотности, что и плотность алюминатно-ще-
лочного раствора без карбонатной части (см. табл. 31), находимая
из диаграммы. Погрешность в определении плотности алюминатио-
щелочиых растворов не превышает 0,002.
Для темпера,тур от 25 до 100°С опытные данные табл. 29 выраже-
ны эмпирической формулой [1'14]
dt = d0 f 4- аС№аО + 6- 10-3 СА1гОз + 1,7-10 4 Cai2o3 +
Д-1,1-10 4 С№гО -Сд^о, .
где — плотность .воды при температуре /°C, г!см3-,
ОйгО и ^А12О3 — концентрации Na2O и А12О3, %;
а — коэффициент, зависящий от температуры, кото-
рый .можно вычислить то уравнению
а = 0,0141 — 1,2- 10~s (/-25)4-6- 10~8 (/ —25)2 .
При содержании Na2O не более 25% и А12О3 не более 10% сред-
ине отклонения вычисленной плотности от экспериментальной, опре-
деленной по кривой ±0,001. При более высоких концентрациях Na2O
и А12О3 отклонения достигают 4-10-3—5-10~3. Формулой можно
пользоваться для .растворов с содержанием Na2O до 28% и А12О3
до 15%.
Плотности алюминатно-щелочных растворов при температурах
от 100 до 350°С определены теми же исследователями по методу
электромагнитного взвешивания поплавка, погруженного в жид-
кость. Метод проверен определениями плотности воды при высоких
температурах [84].
Плотность наиболее интересных для промышленности алюминат-
ных растворов с низким каустическим модулем («к = 1,5 и -выше) и
концентрацией щелочи до 40% /?2О для температур от 25 до 300°С
определяется с точностью до 1% по формуле [175]
d[— A dt,
где A dt — температурная поправка, находимая из табл. 30
Рис. 4. Диаграммы для определения плотности натриевых щелочно-алюминатных растворов при 20’С; о—концентрации выра?.
жены в процентах; б — концентрация выражены в граммах на литр
Примечание. Значения, приведенные в скобках, получены с помощью далекой интерполяции.
Таблица 30
Значения Adt при различных температурах, юг/м3
Температура, °C
«.о, % 50 100 150 200 250 300
5 12 42 81 130 186 256
10 39 , 80 126 186 262
10 13 44 82 127 177 236
11 40 80 124 177 243
15 14 46 83 126 170 224
12 42 .80 122 170 227
20 16 51 86 126 169 215
12 44 80 120 165 214
25 17 52 90 126 168 209
13 48 80 - 118 160 205
30 18 53 90 126 166 204
14 48 80 117 155 200
35 18 53 90 126 165 199
14 48 80 117 154 195
Примечание. В числителе дроби указаны значения А d-для раство-
ров NaOH и Na2O—А1гО3—Н2О, а в знаменателе — для растворов КОН и
K2O-A1SO3—Н,О.
Плотность метастабильных алюминатных растворов при 25°С лег-
ко определяется экспериментально.
Уравнение для расчета плотности растворов NaOH концентрации
от 0 до 50% и температуры ют 0 до 350°С [100]:
</<= 1003+ 11,82 с—0,216 Ю-1 С2 — (0,182 +
+ 0,1948Ю-1 С—1,1744 10~3С2) / — (2,63-10~3 —
— 0,105-10~3С+ 1,048-10—6Са) fl,
где df — искомая плотность в кг/м3 при температуре, °C;
С — концентрация NaOH, %.
Расхождение опытных данных (табл. 31) от рассчитанных око-
ло 0,3%.
Таблица 31
Плотность водных растворов NaOH при различных температурах,
кр/мя [99, 100]
Температура, °C
NaOH, % 15 100 150 200 250 300 350
1 1010,6 1012 970
2 1022,0 — -—.
3 1033,2 — —
4 1044,4 —. —
5 1055,5 —. —
6 1066,7 — —-
7 1077,8 — —
8 1088,9 — —
9 1100,0 — —
10 1111,1 1065 1025
12 1133,3 — —
14 1155,5 — —
15 — 1120 1077
16 1177,6 — —
18 1199,7 —. —.
20 1221,8 1171 1132
22 1243,9 —. —•
24 1265,8 — —.
25 — 1225 1185
26 1287,7 —
28 1309,4 —. —.
30 1330,9 1275 1235
32 1352,0 — —
34 1372,8 — —
35 ,—- 1325 1285
36 1393,3 —. —
38 1413,5 — —
40 1433,4 1366 1337
42 1452,9 ——
44 1472,0 — —-
45 -— 1422 1388
46 1491,1 —. —
48 1510,2 — —
50 1529,0 — —
920 862 —
— — — —
— —— — —
— — — —
——• — — —
— — — —
— —- —. —
—. ——. — —
977 925 867 —-
—' — — —
— — —-
1032 985 930 868
—. — — —•
— —- —
1087 1045 992 938
— — — —
— — — —
1143 1105 1056 995
—- — —
—. .— — —
1195 1155 1112 1067
— —- — —
. —— —
1247 1210 1167 1125
— — — —-
— — —
1300 1262 1222 1182
— — — ——
— , — —
1359 1315 1276 1240
—• —. —- —
—• —- — —
— — — —
Интерполяционная формула для расчета плотности растворов
NaOH концентраций от 45 до 100% при температурах от 100 до
400°С [101]
dt = 1114 — 0,92 7 + (8,48 + 0,40-10~2/) С.
Расхождение опытных данных от рассчитанных составляет 0,5%.
!
Таблица 32
Плотность водных растворов КОН при температурах от 20 до 350°€
[102], кг/м3
Температура, °C
кон, % 20 50 100 150 200 250 300 350
15 1043 1031 1003 963 913 851 775
10 1090 1077 1048 1010 962 905 837 769
15 1138 1124 1094 1056 1012 960 898 835
20 1187 1173 1141 1103 1061 1014 961 902
25 1237 1222 1188 1150 1112 1069 1020 969
30 1289 1274 1236 1203 1166 1126 1079 1033
35 1343 1327 1289 1256 1220 1181 1137 1093
40 1395 1380 1342 1310 1275 1237 1196 1153
45 1452 1434 1398 1365 1330 1291 1254 1214
50 1510 1493 1456 1421 '1387 1350 1317 1276
Для осуществления контроля работы выпарных аппаратов для
упаривания содопоташных растворов при комплексной переработке
нефелинового сырья, а также для производства теплотехнических
расчетов приводятся плотности водных растворов соды, поташа и
содопоташной смеси.
Таблица 33
Плотность водных растворов Na2CO4 прн температурах от 20 до
100°С [99]
Na2CO„ % Температура, °C
20 30 40 50 60 70 80 00 100
4 1039,8 1036,3 1032,3 1027,8 1022,3 1016,5 1010,5 1004,2 998
6 1060,6 1056,8 1052,7 1047,8 1042,2 1036,4 1030,2 1024,1 1018,0
8 1081,6 1077,5 1073,2 1068,1 1062,5 1056,5 1050,3 1044,1 1038,0
10 1102,9 1098,6 1093,9 1088,8 1083,0 1077,0 1070,7 1064,4 1058,2
12 1124,4 1120,0 1150,0 1109,7 1103,9 1097,8 1091,4 1085,0 1078,7
14 1146,3 1141,7 1136,5 1131,0 1125,1 1118,9 1112,5 1105,9 1099,6
Плотность растворов углекислого натрия, содержащих от 16%
Na2CO3 до насыщения при температурах от 35 до 110°С, определяет-
ся уравнением [103].
^=962,9 + 9,2С + 5-10~2 С2 —0,61 (I — 100)
Расхождение рассчитанных данных с опытными не превышает
0,2%.
Плотность растворов поташа, содержащих от 16% К2СО3 до на-
сыщения, при температурах от 25 до 130°С, определяется уравнени-
ем [104].
dt = 955,1 + 8,66 С 4- 3,937-10~2 -С2 — 0,58 (t — 100)
Отклонение рассчитанной плотности ©т опытной не превышает
0,2%.
Для расчета плотности содо-поташных растворов при температу-
рах от 20 до 120°С служит формула [ 105]
, , , (^2 — ^1)' С
dt — di+
где dt—плотность смешанного раствора, кг/м3;
di—плотность раствора поташа, содержащего суммарный про-
цент по массе К2СО3 н Na2CO3, при температуре, для ко-
торой определяется плотность смешанного раствора, кг/м3;
d2 — плотность раствора соды той же суммарной концентрации;
С — концентрация раствора соды, %;
SCj—суммарная концентрация солей в смешанном растворе, %.
Бели содо-поташный раствор содержит еще до 5% K2SO4 при
расчете плотности, последний учитывается ,в виде К2СО3 [105].
16. Плотность водных растворов солей, представляющих интерес
для глиноземного производства [99]
Таблица 34
Концентрация безводной соли в растворе, % (по массе) Плотность растворов солей (безводных) {кг/м3) цри различ- ных температурах, °C
А1С13 Ak(S04)3 A1(NOS)S NH4A1(SO4)2 KA1(SO4)2
18 15 25 18 15 15 20
2 1016 1019 1017 1014 1017 1018 1017
4 1034 1040 1037 1031 1035 1038 1037
6 1053 1062 1058 1047 1053** 1058 1057
8 1071 1084 —. 1064 1072 —. —
10 1090 1106 — 1081 1092 — —
12 1109 1129 — 1099 1112 — —.
14 1129 1153 — 1-117 1133 —. —
16 1149 1177 — 1136 1154 — —
18 — 1202 — 1155 1176 — —
20 —- 1227 — 1175 1198 — —
30 — 1308* — 1281 1310 — —
* Концентрация 26%.
** Растворы становятся пересыщенными при концентрации выше 6%.
Продолжение таЬл. 34
Концентрация безводной солн в растворе, % (по массе) Плотность растворов солей (безводных) (ка/№) при различ- ных температурах, °C
Ksso4 Na2SO4 NaCl кс1
25 100 25 100 25 100 25 100
2 1013 974,1 1015 975,8 1011 971,9 1010 970,8
4 1030 990,1 1033 993,4 1025 985,5 1023 983,4
6 1046 1006 1052 1011 1040 999,4 1035 996
8 1063 1023 1070 1029 1054 1013 1048 1009
10 1080 1039 1089 1047 1069 1028 1062 1022
12 1108 1066 1084 1042 1075 1035
14 1128 1085 1099 1056 1089 1048
16 . 1148 1104 1111 1071 1102 1062
18 1168 1129 1086 1116 1076
20 — — 1189 — 1145 1102 1131 1090
30 — — — — — — — —
17. Изменение плотности растворов едкого натра с изменением
температуры от 0 до 100°С [21]
Таблица 35
Изменение плотности растворов едкого натра с изменением
температуры от 0 до 100°С [21]
Плотности (кг/л»), приведенные к 15°С, если температура, при которой
производилось определение, была, °C
30 40
50 60 70 80 90 100
1,530
1,520
1,510
1,500
1,490
1,480
1,470
1,460
1,450
1,440
1,430
1,420
1,410
1,400
1,390
1,519
1,509
1,499
1,489
1,479
1,469
1,459
1,449
1,439
1,429
1,419
1,410
1,400
1,390
1,380
1,527
1,517
1,507
1,497
1,487
1,476
1,466
1,456
1,446
1,436
1,426
1,416
1,406
1,396
1,386
1,534
1,524
1,514
1,504
1,494
1,484
1,473
1,463
1,453
1,443
1,433
1,423
1,413
1,403
1,393
1,530
1,520
1,510
1,500
1,490
1,480
1,470
1,450
1,450
1,440
1.430
1,420
1,410
1,400
1,528
1,518
1,508
1,498
1,488
1,478
1,467
1,457
1,447
1,437
1,427
1,416
1,406
1,525
1,515
1,505
1,495
1,485
1,474
1,464
1,454
1,444
1,434
1,423
1,413
1,533
1,522
1,512
1,502
1,492
1,471
1.461
1,440
1,440
1,430
1,420
1,529
1,519
1,509
1,499
1,489
1,478
1.468
1,458
1,448
1.438
1,427
1,526
1,516
1,506
1,496
1,485
1,475
1,465
1,454
1,444
1,434
1,533
1,523
1,513
1,503
1,493
1,482
1,472
1.462
1,452
1,441
1,530
1,520
1,510
1,499
1,489
1,479
1,469
1,458
1,448
ости растворов, опре- гые при любой из иых температур, кг}мг Плотности (кг/ж8), приведенные к 15°С, если производилось определение, температура, была, °C при которой
0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100
Плоти деленк указан
1,380 1,370 1,360 1.350 1,340 1,330 1.320 1,310 1,300 1,290 1,280 1,270 1,260 1,250 1,240 1.230 1,220 1,210 1,200 1,190 2,180 1,170 1,160 1.150 1.140 1,130 1,120 1,110 1,100 1,090 1.080 1,070 1,060 1,050 1,040 1,030 1,030 1,020 1,010 1,000 1,370 1,360 1,351 1,341 1.331 1,321 1,311 1,301 1,291 1,281 1,271 1.261 1,251 1,242 1,232 1,222 1,212 1,202 1,192 1,182 1,173 1,163 1,153 1,143 1,133 1,123 1,114 1,104 1,094 1,085 1,075 1,065 1,055 1,046 1,036 1,027 1.027 1,017 1,008 1,376 1.366 1.356 1,346 1,336 1,327 1,317 1,307 1,297 1.287 1,277 1.267 1,257 1,247 1,237 1,227 1,217 1,207 1,197 1,187 1,177 1,167 1,157 1,148 1,138 1,128 1,118 1,108 1,098 1,088 1,078 1,068 1,058 1.048 1,039 1.029 1,019 1,009 1.383 1.378 1,363 1,353 1,343 1,333 1.323 1,313 1.303 1.293 1,283 1.273 1,263 1.253 1,242 1.232 1,222 1,212 1,202 1,192 1,182 1,172 1,162 1,152 1.142 1.132 1,122 1.112 1,102 1.092 1.082 1,072 1,062 1.052 1,042 1,032 1,021 1.011 1,001 1,390 1,379 1,369 1,359 1,349 1.339 1,329 1,319 1,309 1,299 1,289 1,279 1,268 1,258 1,248 1,238 1,228 1,218 1,208 1,198 1,188 1,177 1,167 1,157 1,147 1,137 1,126 1,116 1,106 1,096 1,086 1,076 1,065 1,055 1,045 1,035 1,024 1,014 1,004 1,396 1.386 1,376 1,365 1,355 1,345 1.335 1,325 1,315 1,305 1,295 1,285 1,275 1,264 1,254 1,244 1,234 1,223 1,213 1,203 1,193 1.183 1,173 1,162 1,152 1,142 1,132 1,121 1,111 1,101 1,091 1,080 1,070 1,060 1,049 1,039 1,028 1,018 1,007 1,403 1,393 1,383 1,372 1,362 1,352 1,342 1,332 1.321 1.311 1,301 1,291 1,281 1,270 1,260 1,250 1,240 1,230 1.219 1.209 1,199 1,189 1,178 1,168 1,153 1,147 1,137 1,127 1,117 1,106 1,095 1,085 1,075 1,064 1,054 1,043 1,033 1.022 1,012 1,410 1,400 1.389 1,379 1,369 1,359 1,348 1,338 1,328 1,317 1,307 1,297 1,287 1,277 1,267 1,256 1,246 1,236 1,226 1,215 1,206 1,195 1,184 1,174 1,164 1,153 1,143 1,133 1,123 1,112 1,101 1,091 1,080 1,070 1,060 1,049 1,039 1,028 1,017 1,417 1,407 1,396 1,386 1,376 1,366 1,355 1,345 1,334 1,324 1,314 1,304 1,294 1,284 1,273 1,263 1,253 1,242 1,232 1,221 1,211 1.201 1,190 1,180 1.170 1,159 1,149 1,139 1,129 1,118 1,108 1,097 1,087 1,076 1,065 1,054 1,044 1,033 1,023 1,424 1,413 1,403 1,393 1,383 1.372 1,362 1,352 1,342 1,331 1,321 1,311 1,300 1,290 1,280 1,269 1,259 1,249 1,238 1,228 1,218 1.207 1,197 1.186 1,176 1,166 1,155 1.145 1,135 1,124 1,114 1,103 1,093 1,082 1,072 1,062 1,051 1,040 1,030 1,431 1,421 1,410 1,400 1,390 1,380 1,369 1,359 1,349 1,338 1,328 1,318 1,307 1,297 1,287 1,276 1 ,266 1,256 1,243 1,235 1,227 1,214 1,204 1,193 1,183 1,173 1,163 1,152 1,142 1,131 1,121 1,110 1,100 1,089 1,079 1,068 1,058 1.047 1,037 1,438 1,428 1,417 1,407 1,397 1,387 1,376 1,366 1,353 1,345 1,335 1,324 1,314 1,304 1,293 1,283 1,273 1,263 1,252 1,242 1,231 1,221 1,211 1,200 1,190 1,179 1,168 1,158 1,148 1,137 1,127 1,116 1,106 1,096 1,085 1,074 1,064 1,054 1,044
I
Примечание. Таблицей пользуются для приведения плотностей цехо-
яых алюминатных растворов к 15°. Прн этом каждый завод производит кор-
ректировку таблицы по опытным данным.
к
18. Показатель светопреломления п синтетических натровых
алюминатно-щелочных и содо-алюминатно-щелочных растворов
при 20°С [106]
Над осью абсцисс и в нижней части под этой осью нанесена сет-
ка кривых постоянного показателя преломления — .изорефракт (сет-
ка сплошных линий). Светопреломление бессолевого алюминатного
раствора указывается изорефрактой, на которой лежит точка соста-
ва, на шкале верхней части диаграммы.
Определение п раствора, содержащего соду, производится следу-
ющим образом. Из точки пересечения оси Na2OK с изорефрактой, на
которой находится точка состава в координатах Na2'OK> AI2O3, опус-
кается перпендикуляр. Изорефракта, отвечающая точке пересечения
перпендикуляра с горизонтальной прямой, проведенной через точку
на ординате содержания Na2Oy в растворе, указывает на шкале
нижней части диаграммы искомый показатель преломления (и).
Диаграмма также дает возможность определять состав бессодо-
вых алюминатных растворов по плотности и показателю преломле-
ния. Верхняя часть диаграммы имеет сетку изоденс (линии изображе-
ны штрих-пунктиром). Точки пересечения изорефракт с изоденсами
отвечают составам искомых растворов.
Для определения состава растворов одинакового модуля следует
найти точки пересечения изорефракт с лучами постоянного модуля.
В этом случае .не требуется замер плотности раствора.
19. Вязкость и электропроводность щелочных и алюминатно-
щелочных растворов при разных температурах
Вязкость и электропроводность растворов NaOH, КОН и алюми-
натных растворов, помещенные в табл. 36, 37, 38, 39 и 40, определе-
ны В. П. Мэшоацом с сотрудниками иа кафедре физической химии
Ленинградского технологического института.
Вязкости растворов до 100оС измеряли вискозиметром Оствальда,
вязкости при температурах 100—'250°С определяли методом падаю-
щего груза. Для калибровки использовали воду.
Таблица 36
Вязкость водных растворов едкого натра при температурах
20—250°С, спз
Темпера- тура раство- ров, °C Концентрация NaOH, % (по массе)
5,10 9,60 10.76 14,60 15.13 20,15 30 40 47
20 1,222 1,670 1,960 2,720 2,830 4,445 _
25 — — — — .— — 10,20 26,60 39,80
40 0,901 1,087 1,250 1,735 1,805 2,770 — — —
50 — — — —. -— —m 4,20 8,26 12,40
60 0,678 0,802 0,851 1,140 1,191 1,746 —. —
75 — — — — — — 2,36 4,01 5,62
80 0,495 0,599 0,650 0,820 0,867 1,170 — — —
90 — —. — — —- 1,78 2,94 4,07
100 0,345 0,474 0,505 0,630 0,660 0,880 1,48 2,46 3,31
120 0,290 0,388 0,410 0,512 0,530 0,683 —, - Ч—’ —
140 0,253 0,330 0,339 0,416 0,438 0,572 —. — —
160 0,220 0,276 0,288 0,350 0,372 0,478 — —- —
180 0,186 0,240 0,250 0,290 0,322 0,405 — — —
200 0,160 0,205 0,220 0,260 0,268 0,350 -— —
220 0,132 0,180 0,190 0,235 0,245 0,305 —. — —.
240 0,110 0,150 0,160 0,212 0,224 0,270 — —. -- —
253 0,100 0,130 0,156 0,195 0,209 0,245 — — —
Таблица 37
»
Вязкость Ьысокомодульных алЮмйнатно-щелочных растворов при
температурах от 25 до 100°С, спз
а К Na2O, % (по массе) Температура раствора, °C
25 50 75 90 100
10 2,09 1,19 0,794 0,655 (0,589)
25 15 3,87 1,96 1,23 0,991 (0,871)
20 7,62 3,36 1,93 1,49 (1.627)
25 15,42 5,75 2,99 2,18 (1,84)
28 23,44 7,69 3,85 2,70 (2,24)
10 2,19 1,225 0,824 0,670 (0,603)
15 15 4,13 2,03 1,28 1,04 (0,920)
20 8,32 3,60 2,03 1,55 (1.33)
25 17,38 6,25 3,19 2,44 (2,00)
28 (26,920) (8,32) 4,15 2,96 (2,51)
10 2,39 1,30 0,855 0,711 (0,638)
15 4,68 2,32 1,406 1,12 (0,997)
7 20 10,47 4,37 2,32 1.74 (1,50)
25 23,99 8,05 3,96 2,74 (2,22)
28 39,81 11,90 5,45 3,56 (2,84)
10 2,81 1,48 0,938 0,780 (0,692)
3,5 15 6,45 2,84 1,72 1,31 (1.12)
20 18,20 6,31 3,16 2,39 (2,00)
25 (54,95) (15,8) (5,89) 4,45 —
2,5 10 3,31 1,66 1,02 0,832 (0,733)
15 8,79 3,58 2,01 1,55 (1,33)
20 30,20 9,33 4,43 3,02 (2.51)
Примечание. Значения в скобках получены экстраполяцией.
Измерения электропроводности водных (растворов NaOH .проводи-
ли на мостовой схеме; индикатором служил катодный осциллограф.
Параллельно магазину сопротивления подключали магазин емкости
для компенсации емкости ячейки с раствором. Ячейкой служил теф-
лоновый цилиндр с закрепленнными в нем гладкими платиновыми
электродами. Цилиндр помещали в автоклав, обогреваемый печью.
Погрешность измерений при ЙО—200°С не превышала 1—2%, при
температурах .выше 200°С она достигала 5—.10%. С этой же погреш-
ностью определены удельные электропроводности щелочных алюми-
натных растворов, .приведенные в табл. 38.
Таблица 38
Удельные электропроводности водных растворов едкого натра при
температурах 20—ЗОО°С
Темпера- тура, СС „ —1 Удельная электропроводность, ом NaOH, % (по ь —1 см , при концентрации lacce)
0,05 0,99 4,76 9,1 20,26 32,98 48,96
20 0,0026 0,05 0,19 0,30 0,36 0,26 0,09
40 0,0033 0,059 0,25 0,41 0,57 0,46 0,19
60 0,075 0,31 0,53 0,81 0,74 0,46
80 0,0047 0,089 0,38 0,66 1,05 1,05 0,79
100 0,104 0,44 0,77 1,28 1,38 1,13
120 0,120 0,51 0,89 1,52 1,67 1,46
140 0,0068 0,134 0,57 1,01 1,75 1,98 1,79
160 0,148 0,65 1,13 2,00 2,29 2,13
180 0,0083 0,163 0,73 1,26 2,21 2,60 2,46
200 0,0090 0,174 0,77 1,36 2,39 2,91 2,80
220 0,0089 0,173 0,78 1,37 2,43 3,09 3,12
240 0,0086 0,167 0,74 1,27 2,31 3,00 3,12
260 0,0077 0,151 0,66 1,14 2,16 2,85 3,00
280 0,0064 0,126 0,57 1,02 2,01 2,71 2,90
300 0,0053 0,107 0,49 0,90 1,86 2,55 2,78
Таблица 39
Ьязкость н электропроводность алюминатных растворов '[22]
с«к= 1,484-3,13 при температурах от 30 до 80°С
50 ТЛ сч -< Вязкость (спз) при температуре, °C Удельная электропроводность {ом 1-см 1) при температуре, °C
Концен ция Л г/л 30 40 •50 60 80 30 40 50 60 80
«Общ=1»5; «к=’.48
40 1,212 1,089 0,929 0,909 0,798 0,081 0,099 0,112 0, ГЗО 0,154
80 1,968 1,749 1,315 1,204 0,972 0,117 0,139 0,164 0,185 0,228
120 2,950 2,461 1,848 1,738 1,235 0,124 0,154 0,190 0,220 0,281
160 4,915 3,816 2,868 2,868 1,795 0,108 0,133 0,176 0,216 0,292
200 7,710 5,515 4,052 3,160 2,179 0,087 0,118 0,156 0,196 0,277
240 16,990 10,910 7,300 5,030 3,023 0,065 0,092 0,127 0,168 0,249
280 35,270 21,130 12,995 8,443 4,569 0,046 0,067 0,098 0,137 0,190
320 72,600 39,520 23,700 14,95 7,574 0,033 0,050 0,075 0,108 0,190
Концентра- ция А12О3, г/л Вязкость (спз) при температуре, °C Удельная электропроводность ) прн температуре, °C
30 40 50 60 80 30 40 50 60 80
40 1,2 1,1 “общ = 1,65 0,9 0; а, 0,85 с= 1,6 0,104 3 0,126 0,143 0,167 0,200
80 120 160 2,0 3,8 5,9 4,4 1,35 2,2 3,4 1,1 2,7 1,8 0,145 0,142 0,125 0,176 0,173 0,159 0,208 0,210 0,197 0,243 0,249 0,242 0,300 0,323 0,329
200 10,6 7,4 5,4 3,8 2,5 0,100 0,134 0,173 0,218 0,317
240 12,6 8,7 5,9 3,7 0,075 0,105 0,144 0,188 0,290
280 39,5 22,9 14,7 10,2 5,4 0,052 0,082 0,120 0,157 0,250
40 1,26 “общ = 1,8' 0,90 “к 0,82 = 1,8€ 0,135 0,162 0,180 0,214 0,271
80 2,01 — -— — — 0,180 0,210 0,252 0,291 0,362
120 3,37 — — — — 0,170 0,223 0,259 0,300 0,398
160 6,22 4,65 3,23 2,06 0,133 0,187 0,238 0,275 0,385
200 240 25,03 8,89 16,65 6,42 10,84 4,8 4,65 0,103 0,141 0,106 0,189 0,154 0,242 0,202 0,356 0,321
270 26,2 16,1 11,40 6,52 — 0,086 0,131 0,173 0,281
40 1,27 1,03 “общ 0,940 = 2,0 0,86 1; ак 0,82 = 1,91 0,141 0,167 0,196 0,234 0,293
80 1,87 1,51 1,260 1,200 1,02 0,190 0,224 0,271 0,292 0,380
120 3,95 2,91 2,295 2,004 1,44 0,174 0,220 0,317 0,416
160 7,47 5,23 3,880 3,096 2,18 0,148 0,183 0,245 0,287 0,401
200 9,66 6,550 4,860 3,15 0,107 0,142 0,196 0,257 0,381
240 17,58 11,620 8,060 5,43 0,077 0,115 0,154 0,207 0,325
40 1,36 1,174 аобц 1,003 t=2,5 0,938 5; а, 0,864 е=2,4 0,191 5 0,277 0,260 0,300 0,370
80 2,43 1,798 '— — 1,070 — — — — 0,481
120 3,774 2,930 2,370 1,570 —. 0,244 0,300 0,365 0,474
160 12,24 8,180 5,540 — 2,757 0,136 0,189 — 0,308 —
180 17,80 11,63 7,620 — 3,398 0,113 0,162 0,219 0,280 0,414
40 1,65 1,41 “общ 1,23 = 3,1' 1,17 Э; ак 1,02 = з,к 0,221 0,320 0,354 0,434
80 3,23 2,35 — 1,71 1,44 0,254 0,297 0,350 0,404
120 8,08 5,54 4,19 3,16 2,32 0,213 0,291 0,375 0,460 0,584
150 14,75 — 7,09 — 3,06 0,128 0,188 — 0,324 0,458
40 80 1,74 3,63 1,43 2,84 “общ 1,21 2,26 = 3,51 1,87 3; ак = з,5: 0,235 0,249 0,280 0,302 0,330 0,380 0,373 0,439 0,455 0,539
120 8,00 5,95 4,33 3,43 2,31 0,183 0,243 0,309 0,389
140 13,45 9,28 6,43 4,89 3,07 0,155 0,213 0,350 0,510
Примечание. Удельная электропроводность растворов измерялась с
помощью «мостика» Кольрауша, вязкость — вискозиметром Оствальда.
Т а б л и ц a 40 Удельная электропроводность растворов алюмината натрия с высоким каустическим модулем (ак =3,45—25) при температурах 20—300°С, ом~1-см~1 Кмпрнтпа- 1 Температура раствора, СС ция Na2O в растворе, 20 40 60 80 100 120 140 160 180 200 220 240 260 280 300 % ак = 25 2,4 0,13 0,19 0,23 — 0,32 — — 0,45 — — — — — — — 4,8 0,24 0,33 0,42 — 0,60 — — 0,87 — — — — — — — 9,5 0,34 0,50 0,66 — 0,98 — — 1,47 — — — — — — — 18,2 0,28 0,49 0,72 — 1,18 — — 1,87 — — 28,9 0,13 0,31 0,55 — 1,03 — — 1,73 [— — — — — — — ак= 15 О 04 to СО ф b- CD — — СО О 04 <М ф Ю CD CD —" — —— о ЮССЬ-СОС । ь- —«соф со to CD — — — — — о Ь- tO О CD 04 CD ОС — 00 СО Ф Ю СО СО cd"cd"«"— ю Ф —4 О LQ С Ь- | СП ф со СО со ь- to Ф 04 со о ь- | О tO b- Ь- 00 ОС 04 О 04 СО CD Ю СО 04 — СО Ь-> 00 CD ст о"— —Г—— —Г— 00 to 00 СО СО со | О Ю СО ь- 0000 О Ь. CD 04 to СО СО 04 CD СО Ю Ш со со о cd" — — — — — о . N^rt-NcO- 1 00 04 СО СО Ф Ф cd" — — — — — ю г- о [ СО CD Ь- (D со CD 1 Г-. CD — — 04 04 CD -7— —7— — юсоьюю ю СО СО 04 О — Ю CD — СО СП О О CD CD О CD CD — —• — — 1 1 1 1 1 1 1 р CD Ю CD CD Ю tC *-« b~ 04 b- b~ Ф ос —< Ф со СО СО со ю О CD CD CD CD CD CD LOCDlOCDlOlO X> CO CO CD 00 CO CD D CO Ф Ф Ф ф CO О О cd" CD CD cd" CD 04 Ю CD Ю CD О tO 04 — — CO CD D 04 CO CO CO 04 04 О О CD CD CD CD CD OOb-OO'OC —« О co CD Ф b- CD — CO со"со"ф CD 04 — — — — 04 co 1 00 о - II s* Ф — tQb- Ф — COCO CO 04 Mill *5 io S3 Sic* » 04 CO 00 04 Ф co CO to ф D CO 04 CO b- LO b~ b- CO Ф О — 04 CO CO О 00 00 b-IC IO CD b- CD Ox Ю b- co to co D — CD — CD "0 Ю Ф Ф — Ф CO CD CO CD 04 CO CO 04 CD CD 30Ю-н1ОФ D> —<—< CD CD —<~T~7r-7cD О О to 04 0C O4b~’—,cDb- D CD CD 00 CD D CD CD CD CD X) CD b- 04 CD Ю 00 Ф 00 04 ^NbCDLC D CD CD О CD D О LO CD 04 D О VO CD CO О co to to co D CD" CD CD О D CD 04 Ф to О •—< b~ —' CD ф ф co co — D cd" CD* О О О CD 04 Ю 20 Ф CH COb- >4 04—’.— CD D CD" CD" CD CD J0 040N tOCOCOOb- dTcOCD co CD — -' — 04 04 - 11 1 1 - 1 1 1 1 1 ?- Ф 1 11 04 CO CO — to _ Ф co" . II 1 1 e 1 1 co to CD CO CD CD . и 04 CO toco CD О to CD b- CO- — CD CD" 04 CO — О CD CD CD 00 CD 00 04 04
На основании опытных данных исследователи дают следующие
эмпирические зависимости удельной электропроводности от концент-
рации и температуры.
Изотермы электропроводности для 40°С:
а) растворов NaOH до концентрации 23% NasO
lg = — 1,05 — 2,6-10—2 С;
б) алюминатных растворов с як = 1б до концентрации 22,9% Na2O
lg ~ = — 1,01 — 3,4-10~2 С;
в) алюминатных растворов с «к=6,9 до концентраций 29,7%
Na2O
1g -^- = 0,89 — 4,3 10~2С,
где %4о — удельная электропроводность при 40°С;
С — концентрация NasO, % (по массе).
Температурные коэффициенты электропроводности, одинаковые
для алюминатных растворов и растворов NaOH, связаны следующи-
ми зависимостями с концентрацией NasO, % (по массе):
для 20—200°С
1 dz о 7,9610—3
7]!=------—= 1,054-10 2 -е С,
z4 at
220—300°С
1 —8,36-10—3
Ил =------—=•—6,31-10 3 -е С.
Т-220 a t
Для растворов NaOH, концентрация Na2O в которых меньше
25,6%, и для алюминатных растворов, «к которых 15 и 6,9, и кон-
центрация Na2O ниже 22,9 и 29,7% соотвественно зависимость
удельной электропроводности от температуры характеризуется мак-
симумом при 200—220°С. Повышение электропроводности в области
20—200°С и снижения ее в области выше 220°С происходит линейно,
что позволяет выразить удельную электропроводность уравнением
вида:
Х2 = Х1[1 -f-Т] (72 — /j)|
Для восходящей ветви кривой (20—200°С) fi=40°C, Zi ='/.«>, т) =
=T)j. Для нисходящей ветви (220°С и .выше) Л=220°С, %i=%s20=
= «200, ’1=Т]2-
Удельная электропроводность при 200°С находится из уравнения
для восходящей ветви кривой.
Приведенные уравнения могут быть использованы для автомати-
ческого контроля концентраций растворов.
20. Теплоемкости щелочных и алюминатно-щелочных растворов
при разных температурах
Истинные удельные теплоемкости (сп) растворов NaOH
и алюминатных растворов'от 25 до 90°С, ккал/(кг-град)
Удельная теплоемкость концентрированных растворов NaOH с со-
держанием от 60 до 100% NaOH в интервале температур 322—750°С
дается -следующим уравнением [36] :
ср = 0,5630 + 0,592-10“2 (100 — х) —
— 0,1556-10“ 4 (1002 — х2) — 0,1366-10“3 t,
где Ср—удельная теплоемкость раствора, ккал(кг-град); х— содер-
жание NaOH в растворе, % (по массе); t — температура, °C.
Таблица 41
Состав раствора, % Температура раствора, еС
Na2O к Al2Oa 25 50 75 90
<+ = со (раствор NaOH)
6,76 .—- 0,917 0,927 0,936 0,939
13,95 -—. 0,877 0,887 0,893 0,895
19,50 — 0,856 0,873 0,883 0,883
26,98 — 0,836 0,852 0,859 0,858
28,50 -—. 0,830 0,841 0,845 0,847
33,40 — 0,800 0,808 0,812 0,811
39,42 — 0,746 0,756 0,762 0,763
ак = 25,0
11,18 0,74 0,883 0,897 0,903 0,903
15,52 1,02 0,868 0,876 0,890 0,889
20,68 1,36 0,846 0,865 0,870 0,870
23,89 1,57 0,833 0,856 0,861 0,858
29,27 1,93 0,812 0,826 0,829 0,830
ак=14 ,95
8,0 0,88 0,903 0,911 0,918 0,920’
11,75 1,28 0,880 0,890 0,898 0,900
16,34 1,79 0,861 0,872 0,880 0,882
24,16 2,64 0,826 0,845 0,847 0,848
ак = 6 ,95
8,66 0,95 0,895 0,903 0,911 0,910
14,15 2,05 0,866 0,873 0,879 0,881
18,21 4,30 0,846 0,854 0,858 0,859
21,90 5,17 0,824 0,836 0,841 0,838
25,24 5,97 0,798 0,814 0,822 0,821
28,66 6,78 — — — 0,798
Состав раствора, % Температура раствора, “С
Na2O к 25 50 75 90
ак = 4,46
7,16 11,97 15,72 17,23 21,62 . 2,64 4,41 5,79 6,35 7,97 0,838 0,816 0,880 0,855 0,843 0,826 0,920 0,883 0,860 0,854 0,832 0,922 0,883 0,861 0,855 0,829
7,95 3,77 ак = 3 .47 0,908 0,912
14,25 6,75 —. Г 0,863 0,865
17,28 8,19 —. 0,840 0,850 0,850
20,35 9,64 0,806 0,822 0,830 0,830
23,25 11,02 0,771 0,799 0,811 0,812
5,64 3,11 ак = 2 ,98 0,926 0,930
10,65 5,88 — — 0,877 0,880
14,15 7,80 — — 0,854 0,857
17,42 9,61 — 0,833 0,838 0,839
20,35 11,23 0,798 0,815 0,820 0,822
22,53 12,43 0,756 0,792 0,806 0,808
8,74 5,77 ак = 2 .49 0,891 0,896
14,57 9,62 — — 0,847 0,852
17,83 11,73 — 0,824 0,828 0,830
19,51 12,88 —. 0,806 0,809 0,809
21,54 14,22 0,762 0,790 0,797 0,799
22; 85 15,09 0,736 — 0,781 0,776
12,46 10,29 ак= 1 ,99 0,857 0,859
16,90 13,96 — — 0,815 0,815
21,22 17,53 0,721 0,769 0,771 0,773
23,77 19,64 — — 0,746 0,748
17,64 17,16 ак=1 ,69 0,797 0,798
19,97 19,43 — 0,760 0,763 0,764
21,11 20,54 — — 0,758 0,760
18,86 20,14 ак= 1 .54 0,769 0,770
19,68 21,02 -—. 0,745 0,757 0,758
22,74 24,28 —. —- 0,720 0,719
Состав раствора, % Температура раствора, °C
№2Ок AjgOs 25 50 75 90
18,56 22,08 22,77 27,09 ак= 1 ,34 0,758 0,706 0,756 0,708
Примечание. Теплоемкости растворов, помещенные в табл. 41 и 42,
определены на кафедре физхимии ЛТИ им. Ленсовета В. П. Машовцем с
сотрудниками (см. отчеты института по договорной работе с Всесоюзным
алюминиево-магниевым институтом за 1963—1964 гг.). При температуре до
100“С измерения произведены на калориметре Вревского, от 100 до 3009С — ме-
тодом сбрасывания нагретой ампулы с раствором в массивный калориметр с
изотермической оболочкой.
Для приближенных технических расчетов теплоемкость 1 л
щелочных растворов алюмината натрия разной концентрации и мо-
дуля может быть найдена на рис. 6.
Рве. 6. Теплоемкость 1 л натриевых щелочно-алюминат-
ных растворов разной концентрации и каустического мо-
дуля
Средние удельные теплоемкости растворов NaOH
и алюминатных растворов при температурах 120—300°С
Растворы, для которых определены теплоемкости, находились в
равновесии с собственным паром. Соответствующие им теплоемкости
являются равновесными. Для твердых тел и жидкостей при темпера-
турах, достаточно отдаленных от критической, сравн~ср [30].
Специальное исследование, выполненное для алюминатно-щелоч-
ных растворов с NaOH до 50% при температурах до 300°С, показа-
ло, что средние теплоемкости при постоянном давлении (1 ат) незна-
чительно отличаются от средних равновесных. В таблице теплоемко-
сти обозначены как средние в температурном интервале при посто-
янном давлении. Точность измерений в среднем ±0,5%.
Состав раствора Начальная температура, °C Температура, отвечающая теплоемкости, °C СР’ ккал[{кг-град)
7,61% (по массе) Na2OK 25,9 26,2 26,5 27,0 27,4 125,0 153,8 201,0 246,1 293,6 0,918 0,924 0,928 0,933 0,946
15,4% (по массе) Na2OK 25,8 26,2 26,5 27,0 27,5 121,8 150,6 200,1 247,9 295,7 0,862 0,873 0,880 0,885 0,894
23,2% (по массе) Na2OK 25,9 25,9 26,6 27,1 27,6 122,0 153,0 202,7 248,8 297,6 0,846 0,867 0,860 0,858 0,864
31,0% (по массе) Na2OK 25,9 26,4 26,5 27,1 27,6 122,1 152,0 199,7 249,7 298,8 0,808 0,824 0,818 0,815 0,813
38,4% (по массе) Na2OK 25,9 26,2 26,6 27,1 27,5 123,1 150,0 202,1 247,3 297,2 0,772 0,773 0,765 0,759 0,754
5,22% (по массе) Na2OK , ак= 14,93 25,9 26,1 26,6 26,9 27,4 123,2 151,4 200,0 246,2 296,2 0,910 0,932 0,936 0,944 0,975
9,5% (по массе) Na2OK , ак = 14,93 25,8 26,1 26,5 26,9 27,5 123,7 153,2 197,8 249,3 303,0 0,888 0,900 0,903 0,913 0,926
Состав раствора Начальная температура, СС Температура, отвечающая теплоемкости °C ГР’ ккалЦкг- град)
25,8 121,2 0,867
14,8% (по массе) Na2OK , 27,2 150,8 0,874
а= 14,93 26,6 201,0 0,875
27,0 248,1 0,882
27,5 297,4 0,890
25,8 123,2 0,849
19,22% (по массе) Na2OK , 26,2 152,2 0,864
«=14,93 26,6 200,3 0,862
27,0 246,2 0,864
27,5 297,2 0,868
25,8 121,1 0,836
22,91% (по массе) Na2OK , 26,1 150,9 0,852
а„ = 14,93 26,6 200,7 0,847
27,1 248,2 0,839
27,6 305,4 0,843
25,9 123,3 0,847
13,5% (по массе) Na2O„ , 26,9 151,9 0,863
а =7,0 26,5 199,8 0,872
27,0 248,4 0,877
27,5 298,4 0,888
25,8 122,4 0,837
19,9% (по массе) Na2OK , 26,2 150,7 0,845
а =7,0 26,0 199,0 0,848
27,0 248,0 0,840
27,2 295,9 0,846
25,9 122,4 0,790
25,34% (по массе) Na2O„ , 26,2 152,3 0,817
а =7,0 26,7 201,5 0,809
27,1 248,8 0,811
27,5 298,7 0,812
26,0 121,6 0,817
19,49% (по массе) Na2OK , 26,2 151,1 0,820
аи =3,5 26,5 199,8 0,826
27,5 248,3 0,818
27,9 301,5 0,818
Состав раствора Начальная температура, °C Температура, отвечающая теплоемкости, °C Л- ккал], (кг-град)
25,9 120,9 0,806
21,16% (по массе) Na2OK , ак = 3,5 26,1 26,9 27,0 149,4' 200,4 248,1 0,810 0,812 0,808
27,5 301,6 0,813
25,7 123,6 0,798
22,71% (по массе) Na2OK , ак = 3,5 26,1 26,6 151,4 199,3 0,809 0,807
27,1 248,7 0,798
25,9 300,5 0,798_
25,9 124,0 0,794
20,65% (по массе) Na2OK , <^=2,49 26,2 26,6 27,1 151,2 200,5 248,8 0,801 0,793 0,788
27,6 304,3 0,790
22,44% (по массе) Na2OK , ак = 2,49 25,5 26,2 26,2 124,3 153,6 197,4 0,778 0,781 0,776
27,0 250,1 0,774
27,4 294,5 0,777
25,6 121,7 0,765
20,74% (по массе) Na2OK , ак= 1,99 26,2 27,6 27,1 149,5 198,5 247,6 0,779 0,773 0,766
27,3 307,3 0,768
22,01% (по массе) Na2OK , ак = 1,55 25,9 26,1 26,6 121,2 150,0 198,4 0,716 0,731 0,721
27,0 247,0 0,718
27,5 297,5 0,713
Примечание. Средние теплоемкости удобны для теплотехнических
расчетов. Для термодинамических исследований истинные теплоемкости рас-
считываются по уравнениям типа
с^а-\-Ы и ср «= А -|- Bt 4- D/2,
отвечающим уравнениям для средних теплоемкостей соответственно
7_ = л0 + в0/ + ^— И ~ср = л1 + в/' + о1/» + 7з^— .
р / Гнач v нач
При этом точность найденных истинных теплоемкостей составит ±1,0 1,5%.
to to to
о го
to to to
CO to to О CD
CD
05
СП СП Ui
(£> 4 Ui
UI CD Oi
S
55
ж
co
<< я
*5 Я
ю
л>
I
co
co
co
я
о
3
о
я
S3
3
я
a
й
ж
fa
S'S
t1
g-й.
a
ь»
о
Я
s
gtoJP
«Ц
а fc» s
я
р
S |
я2
s
s
CD
s
Ф
s
О л
<? S о
d s я
£*Я й
о® ~
« 3 Я
S >
2 —
©
За
Z
S3
s
3 Зак. 505
21. Термохимические
53
и
я
я
ж
s
n
s
s
"4
s
ж
S
8
»
&5
S3
8
3
s
я
S
»
Таблица 44
Теплоемкость, теплосодержание, энтропия гидраргиллита и бемита, по Шомейту и Куку [28)
Температура, СК Гидраргиллит Бемит
истинная тепло- емкость Ср, кал] (моль-град) средняя теп- лоемкость Ср, Хкал] (моль Хград) теплосодер- жание (Н-Но>, кал]моль энтропия S-, кал/(мольх Хград) истинная тепло- емкость Ср, калЦмоль-град) теплосодер- жание с#-/А, кал1моль энтропия S°, кал](мольх Хград)
50 2,86 71,5 —. 1,879 47,0 —
100 10,65 — 409,5 — 7,298 274,0 —
150 20,38 — 1185 — 13,90 803,5 —
200 30,03 — 2445 '—- 20,55 1665,0 —
250 37,77 .— 4140 — 26,42 2839,0 —-
298,16 44,49 — 6121 33,51 31,37 4230,0 23,15
300 44,71 .—. 6202 — 31,61 —. '—
325 47,34 44,03 7301 37,30 29,90 — 5,62
350 49,92 45,95 8511 40,88 30,21 — 27,83
375 52,48 47,92 9801 44,44 30,52 —' 29,98
400 55,04 49,21 11131 — 30,83 — 32,10
425 57,60 50,47 12511 50,61 31,14 — 34,17
450 —, —, — .—. 31,45 — 36,20
475 ___ — — — 31,76 — 38,2&
500 — — — — 32,07 —• 40,39
Примечания: 1. Авторы считают, что погрешность приведенных данных может достигать нескольких процентов. Пред"
ложенное другими исследователями [29] эмпирическое уравнение для теплоемкости гидраргиллита на 1 моль А1 (0Н)3 в темпе-
ратурных пределах 293—373°К: ср =6,97+0,0514 Т дает значения, близкие к определенным Шомейтом и Куком.
2. Значения Ят—Но для температур от 325 до 425°К рассчитаны по данным Ят—HKt. Значения $° для температур 325—350°К
_ вычислены из формулы $т — Ss>>.
сл -----------------—-------------------------------------------------------------------------------—-------—---------------
И. Йзобарно-изотермнчёскии потенциал при разных температурах
некоторых реакций, представляющих интерес для глиноземного
производства
1. Полиморфное превращение
Полиморфное превращение в интервале температур
400—Д700°К [1135]:
у - А12О3 -> а - А12О3
Зависимость изобарно-изотермического потенциала от температуры:
Д7® = — 13583—11,06 71п 74-4,02- 10-3Гг+..
4-4,235-106 Т~1 4-74,5 7.
Расчет Д2® показывает, что у-А12О3— неустойчивая фаза глино-
зема при всех температурах. Реальная температура перехода зави-
сит от кинетических факторов [135].
Й.Реакцим в системеСаО—SiO2 [135]
Существуют следующие соединения:
CaO-SiO2, 3CaO-2SiO, 2CaO-SiO2, 3CaO-SiO2.
Реакции образования соединений из окислов таковы:
1. CaO4-SiO2 = CaO-SiO2; 2. 3 СаО 4-2SiOs = ЗСаО-2 SiO2;
3. 2CaO4-SiO2 = 2CaO-SiO2; 4. ЗСаО 4* Si02 = 3CaO-SiO2.
Термодинамический расчет показывает, что при соотношении ис-
ходных компонентов СаО : SiO2= 1 :1 устойчиво соединение СаО-
•SiO2; в смесях, богатых известью, — 2CaO-SiO2.
3. Реакции в системе СаО—А120з [135]
Существуют следующие соединения: ЗСаО-А12Оз, 12Са0-7А120з
(ранее принимался за 5СаО-ЗА12Оз), СаО • А12О3-СаО • 2А12О3.
Реакция образования соединений из окислов:
1. ЗСаО4- А12О3 = ЗСаО-А12О3; 2. 12СаО4-7А12О3=12СаО-7 А12О3;
3. СаО 4- Д12О3 = СаО-А12О3; 4. СаО 4- 2 А12О8 = СаО-2 А12О3.
Уравнения изменения ивобарно-'изотермического потенциала про-
нумерованных реакций в системе СаО—SiO2 см. в табл. 46, в систе-
ме СаО — А12О3 — в табл. 47. Цифры у AZ указывают иомер реак-
ции, которому отвечает данное уравнение. Уравнения составлены с
учетом полиморфных превращений в системах а-каарц -* а-тридимит
« у-А12О3-* ос-А1203.
23. Теплоемкости, стандартные теплоты образования, изобарные
потенциалы и энтропии простых веществ и соединений,
представляющих интерес для глиноземного производства [30, 13S]
Стандартное состояние ,p=ll ат и 7—298°К.
Стандартные значения теплот образования относятся к состояни-
ям веществ, устойчивых при Т=Й98°К. и р=11 ат.
Таблица 45
Вещество Интерполяционное, уравнение сп = а + ЬТ + — Р сТг г J4 рекомен- дуемый темпера- турный интервал, °К зероятиая ошиб % кал/(моль-ерад)
а Ь-10’ С'-10 5 С-10«
Al2O3SiO2 (т) (кианит) Al2O3SiO2 (т) (силлима- нит) A12O3-S1O3 (т) (андалу- 45,32 40,09 2,34 2,93 —16,00 —10,13 — 298—1700 298—1600 2 2 29,1 30,45 —648,9
46,24 12,53 — — 298—1600 2 32,14 —642,7
зит) 3Al2O3-2SiO2 (т) 87,55 14,96 —26,68 ___ 298—1100 0,5 62,0 —1804
(муллит) Al2 (SO4)3 (т) А1С13 (т) 88,09 13,25 14,80 28,00 —27,12 — 273- 2 62,00 21,3 —820,98 —166,2
A12S3(t) [119] — — — — 465,6 — — —140,5
a-AlF3 17,27 10,96 —2,30 — 298—727 0,2 — —355,8
?-AlFs 20,93 3,00 — — 727—1400 0,1 — -—.
СО (г) 6,3424 1,8363 — — 290—2500 1 6,965 —26,416
СО2 (г) 6,85 8,533 — — 300—2000 1,5 8,874 —94,052
СаСО3 (т) (кальцит) 24,98 5,24 —6,20 — 298—1200 2 19,57 —288,45
а (т)-СаР2 14,3 7,28 0,47 —. 298—1424 0,5 16,02 —290,3
СаО (т) 11,67 1,08 1,56 — 298—1800 1 10,23 —151,9
СаОА12О3 (т) 33,23 9,24 —2,47 — 298—1700 3 33,2 —620
CaO-Al2O3-2SiO2 (анортит) ЗСаОА12О3 (т) 64,42 13,70 —16,89 — 298—1700 0,5 49,6 —
53,35 13,18 —3,36 —- 298—1600 3 53,5 —1098
12СаО-7А12О3 (т) 301,96 65,5 —55,3 — —- — — —4630,5
Д Л’2Э8,
ккал) моль
д z298’ ккал[моль О s298> кал/ (моль-град)
20,02
—615,0 27,0
—607,8 25,0
—1580 —
—738,99 57,2
—152,2 40,0
—117,7 23,0
— 15,89
—32,808 47,301
—94,260 51,061
—269,78 22,2
—277,7 16,46
—144,4 9,5
—590 . .
—1050
—4400,2 249,7
Продолжение табл. 45
Вещество Теплоемкость кал](моль-град} Интерполяционное, уравнение = ———F сГ2 и 72 рекомен- дуемый темпера- турный интервал, СК вероятная ошиб- на, % (2 9 8» кал/ (моль- град) Д н298> ккал!моль д z298, ккал/моль <3 •а СХ> е» g
а Ь-10’ С'-Ю-5 С-10»
СаО-2А12О3 (т) 66,09 5,48 —17,8 . - —954,3 —904,3 42,5
ЗСаО-А12О3 -6Н2О (т) 61,68 139,9 — — —1317 —1187 89,0
3CaO-Al2O3-2SiO2 (т) — — —. — — -1327,7 — ——
4СаО-А12Оз-Ре2О3 (т) — — —, - __ —. — —1211 —1145 ——
2CaO-Al2O3-SiO2 53,73 17,68 —0,89 . 298—1600 1,5 58 — — .—.
(геленит) Са (ОН)2 (т) 21,4 276—367 20,2 —235,80 —214,33 18,2
CaSO4 (т) (природный ангидрит) CaSO4-2H2O (т) (селенит) 18,52 21,97 —1,568 — 273—1373 5 23,8 -342,42 —315,56 25,5
.—- .—. —. —— —— .— 44,5 —483,06 —429,19 46,36-
CaSiO3 (т) (волластонит) a-Ca2SiO4 (т) 26,64 27,16 3,60 19,60 —6,52 298—1450 238—948 0,5 1,5 20,38 30,74 —378,6 —537*‘ —358,2 19,6 30,5
а-Са3 (РО4)2 (т) 48,24 39,68 —5,00 — 298—1373 1,5 55,35 -986,2 —929,7 57,6
Сг2О3 (т) 28,53 2,20 —3,74 .— 298—1800 0,5 28,38 -269,7 —250,2 19,4
FeCO3 (т) (сидерит) 11,63 26,8 — — 298—885 — 19,63 —178,70 —161,06 22,2
FeO (т) 38 1,62 —0,738 — 298—1200 I 11,50 -63,7 —61,4 14,2
Fe (ОН)2 (т) — — — .—. — — — -135,8 —115,57 19
FeTiO3 (т) 27,87 4,36 —4,79 .—. 298—1640 0,5 23,78 -288,5 —268,9 25,3
Fe2O3 (т), (гематит) 233,6 17,24 —3,08 — 298—1100 2 25,0 -196,5 — 177,1 21,5
Fe (ОН)3 (т) — .—. .—. .—. — — —197,3 — —
Fe2SiO4 (т) 40,71 6,76 —9,77 .—. 298—1400 2 31,7 —343,7 —319,8 35,4'
FeSiO3 (т) — — — — — — — —273,5*4 — —
Вещество Теплоемкость кал!(моль-град) вероятная ошиб- ка, % 1 Л i Я Д н298' ккал/моль С Д Z29s, ккал/моль о s298- кал/ (моль-град)
Интерполяционное, уравнение сп =• а + ЬТ + — + сТг рекомен- дуемый темпера- турный интервал, °К
а Ь-103 С'10 5 С-10»
Fe3O4 (т) (магнетит) 39,92 . 18,86 —10,01 —. 298—1100 2 34,28 —267,0 —242,4 35,0
на (г) 6,34 1,10 0,26 — 298—2000 0,5 6,96 —22,063 —22,769 44,17
HF (г) 6,43 0,82 — — 273—2000 0,5 6,95 —64,2 —64,7 41,47
HNO3 (ж) — — — — — — 26,26 —41,404 —19,10 37,19
Н2 (г) 6,9469 —0,1999 — 0,4808 300—1500 0,5 6,892 0 0 31,211
Н20 (г) 7,17 2,56 0,08 — 298—2500 0,5 8,025 —57,798 —54,636 45,106-
Н20 (ж) H2SO4 (ж) 17,996 31,27 —68,317 —191,4 —56,690 —164,2 16,716 37,49
К (т) 6,04 3,12 — — 298-336.6 1 6,97 0 0 15,2
К20 (т) — — — — —— — — —86,2 — —
КОН (т) — — — — — — — —102,02** — —
К2СО3 (т) — — — — — — — —282,1 — —
KAI (SO4)2 (т) 55,96 19,68 —13,96 — 298—1100 2 46,12 —589,24 —534,29 48,9
K2O Al2O3-4SiO2 (т) —.- — — — — — — —1455,79 — —
(лейцит) K2O A12O3 6SIO2 (т) — — — —. — — —1890,1 — —
(микроклин) K2O Al2O3-6SiO2 (т) — — — — — — — —1916,1 — —
(адуляр) K2O-23CaO12SiO2 (т) — — —6494,1 — —
K2SO4 (т) 28,77 23,80 —4,26 — 298—856 0,5 31,1 —342,66 —314,62 42,0
Li"A102 (т) — — — — — — — —284,33 — 12,7
Продолжение табл. 45
Вещество Теплоемкость кал}(моль-град) вероятная ошиб- ка, % (£‘р)гв8» кал{ {моль град) Л ^298- ккал [моль AZ298, ккал]моль Л о 05 о.м а со g
Интерполяционное, уравнение . _ .г' рекомен- дуемый темпера- турный интервал, °К
fp = а -Н ЬТ Н 1- сТ* Т*
а Р-10» С'40 5 С-10»
MgCO3 (т) (магнезит) 18,62 13,80 —4,16 298—750 0,5 18,05 —266 —246 15,7
MgO (т) 10,18 1,74 —1,48 — 298—2100 2 8,94 —143,84 — 136,13 6,4
NH4A1 (SO4)2 (т) 79,77 — —22,80 — 298—700 1 54 —561,24 —485,95 51,7
Na (т) 5,00 5,36 — 298—371 1 6,79 0 0 12,2
NaCl (т) 10,98 3,90 — — 298—1023 1 11,88 —98,232 —91,785 17^3
NaF (т) 9,75 4,38 — — 273—1265 3 11,0 —136,0 —129,3 14,0
NaHCO3 (т) —- — — —— —— — 20,94 —226,5 —203,6 24,4
NaOH (т) 19,2 — — — 298-593 5 14,21 —102,0 —91,0 15,34
Na2CO3 (т) — — —. — — — 26,41 —271,02 —251,11 32,5
Na2O (т) 15,7 5,40 — — 298—1100 3 16,3 —99,48 —90,0 17,4
NaAlO2 (т) — —- — — __ —272,0
NaFeO2 (т) — — —. —— —118^0
NaAlSi3O8 (т) (альбит) 65,49 10,48 —18,94 298—1400 — — 49,2
NaAlSi2Oe (т) (жадеит) — — —_ - 31,8
NaAlSiO4 (т) (нефелин) — — —. — 29,1
Na2O-Al2O3-3SiO2 (т) — — —. —1242,0
• AI2O3 • 4ЫО2 (т) — — —1442,4
Na2O-8CaO-3Al2O3 (т) — — — — — . —2576,0
Na2SO4 (т) — — — — — 30,50 —330,90 —302,78 35,73
Na2SO410H2O (т) — — — — — — 140,4 —1033,48 —870,93 140,5
Na2SiO3 (т) 31,4 9,6 —6,47 — 298—1361 1 26,72 —363 —341 27,2
Вещество Теплоемкость калЦмоль-град) вероятная ошиб- . ка, % ! (fp)298» кал((моль град) Л 77298- ккал]яоль Л2298’ ккал): ЛЮЛЬ О $298» калЦмолъ-град)
Интерполяционное, уравнение сп = а + ЬТ + — + сТ2 Г рекомен- дуемый темпера- турный интервал, °К
а гмо® С'-ю 5 сю®
Na2Si2Os (т) 44,38 16,96 —10,67 298—1147 1 37,41 39,4
Na2TiO3 (т) 25,18 20,72 — — 298—560 0,5 30,02 — .— 29,1
Na3AlF6 (т) 58,92 27,80 —9,97 — 298—838 1 58,2 —759,6 —
Na4SiO4 (т) — — — — — — 43,79 —497,8 -466,6 46,8
ОН (г) 6,45 0,88 0,38 — 298—3000 0,5 6,141 10,06 8,93 43,888
SO2 (г) 10,38 2,54 —1,42 — 298—1800 1 9,51 —71,79 —70,96 59,4
SO3 (г) 13,70 6,42 —3,12 —. 298—1200 1 12,1 —94,45 —88,52 61,24
SiO2 (т), а-кварц 11,22 8,20 —2,70 —. 298—848 0,5 10,62 —205,4 —192,4 10,00
SiO2 (т), ₽- кварц 14,41 1,94 — —. 298—2000 0,5 — — .—.
SiO2 (т), а-кристобаллит 4,28 21,06 — — 298—523 1 10,56 —205,0 —192,1 10,19
SiO2 (т), 3-тридимит 13,64 2,64 — — 390—2000 2 10,66 —204,8 —191,9 11,2
SiO2 (т), (стекло) 13,38 3,68 -3,45 —. 298—2000 2 10,60 —202,5 —190,9 22,4
ТЮ2 (т), (рутил) 17,97 0,28 —4,35 298—1800 1 13,16 —218 —203,8 12,01
Примечания: 1. Значение #298 ДЛЯ а-А12О3 взято из работы Шнейдера и Гаттова, которые ввели поправку к теп-
лоте сгорания алюминия в корунд при образовании небольших количеств переходных форм окиси алюминия [31]. См. также
табл. 43.
о
2. Значения //298 Для гидраргиллита и. бемита взяты из работы [9].
3. Уравнение теплоемкости диаспора основывается на старых данных, новые, более надежные, в литературе отсутствуют.
4. Значения //298 Для Ca2SiO4, FeSiO3 и КОН взяты из справочника металлурга по цветным металлам [33].
Таблица 47
Уравнения изменения изобарного потенциала при температурах
от 298 до 1800°К
Состояние Уравнения
До полиморфного прев- ращения, у-А12О8 -+ -* я-А12О3 A Zt=—14694—10,9 Т 1п 7+4,88-10~3 72 + +3,665 10Б Г-1 +64,1 Т &Z2 = — 98816 — 47,33 Г In Г + +12,58-10~3 72+18,3-10Б7~' +2667 A Z8=—15739—7,97 7 In 7+3,11 • 10~3 72 + +3,205- 10Б7—1 +49,6 7 A Z4 = — 30944 — 21,68 7 In 7 + + 8.9-10-3 72+8,12-105 б *7-1 + 138,47
С учетом полиморф- ного превращения, 7-А12О8 -»• а-А12О8 A Ze—1082 [ 0,16 7 In 7 +0,86-10~3 72 — —0,52-10Б7—1 +10,67 A Z2=—3770+30,09 7 In 7—15,56-10-3 72— —11,35-10БТ-1 —255,57 AZ3=—2161+3,09 7In7—0,91-10~3 72 — —1,03-1067-1 —24,97 A Z4=—3788+0,44 7 In 7+0,86-10~3 72 — —0.35-108 7“* — 10,6 7
Анализ реакций показывает, что при соотношении исходных ком-
понентов СаО : A12O8=i3 : 4 и 12:7 наиболее вероятным будет обра-
зование 2СаО-7А12О3, при соотношении 1:1—монокальциевый алю-
минат. При соотношении СаО : А12О3=1 :2 вероятно образование
СаО-2А12О3. Существенные коррективы могут быть внесены при уче-
те активности СаО, образующегося из СаСОз.
5. Реакции взаимодействий при спекании нефе-
лина с известняком в присутствии угля
[ 1. Na2OAl2Os-2SiO2 + 4CaCO8 = 2₽-2CaO-SiO2 +
+ Na2O • Al2Og + 4 СО2;
2. Na2O-Al2O8-2SiO2 + C = 2Na (газ) + Al2O8-2SiO2 + СО,
3. Na2O A12O3 -f- C == 2 Na (газ) -f- у - A12O8 + CO;
4. Na2OAl2O8- 2SiO2 + C + 5CaO = 2 Na + CaOAl2O8 +
-f-2 p-2 CaO-SiO2 + CO;
5. Na2O Al2O84-C-|-CaO =2 Na (газ) + СаО-А12О8 -f-CO;
6. Na2OFe2O3 + C + CaO = 2 Na (газ) + CaO-Fe2O8 -f- CO;
7. Na2O - Fe2O8 + C = 2 FeO + Na2O + CO;
8. Na2CO8 + 2 C = 2 Na + 3 CO.
Таблица 48
Величина изобарио-изотермического потенциала реакций
(1)—(8), кал!моль [159]
Номер реакции А ^28 8 △ £1000 △ £1200 △ £1600
1 —12140
2 215000 156000 — 116000 -
3 156000 — — —
4 105000 34000 —. —18000
5 133000 64700 — 19000
6 107800 36000 — —10000
7 37400 2000 — —26000
8 189500 155000- — —
Таблица 49
Изменении изобарных потенциалов реакций образования соединений
из окислов, кал/моль [164]
Соединения A Z° CT 0 Л Z1000 Л 71200 Л Z1400 Л 71500
Na2O • А120з —58680 —63960 —66000 —68210 —52480
Na2O* SiO2 —58620 —57630 —57650 —57810 — k'
Na2O-2SiO2 —66400 —73770 — —
А12Оз SiO2 —59380 —59670 —60040 —60260 —
3Al2Os-2SiO2 —340670 —234940 —231180 —228680 —
Na2OFe2O3 —65100 —68500 —68940 —69220 —68600
CaO-Fe2O8 —50700 —55570 —55900 —55800 —55510
2CaOFe2O3 —8740 —11700 —11700 —11800 —11800
2CaO-Al2O3-SiO2 —43160 —52420 —55310 —58270 —42630
CaOAl2O3-2SiO2 —57260 —60820 —62200 —64100 —47090
Na2O-CaO-SiO2 —80000 —78390 —77880 —77310 —76740
2Na,OCaO-3SiO2 Na2O • AI2O3 • 2SiO2 3CaO-2Na2Ox —192180 —197765 —198555 —199965 —200135
—120490 —124490 —124710 —124210 —106780
—181800 —214870 —224790 —237040 —155320
3CaO-Na2O-3Al2O3 —112500 —126940 —131600 —135860 —86870
Na2COs —66110 —46220 —47410 —41415 —
CaCO3 —31150^ —5060 1970 8730 12230
Увеличение степени извлечения окиси алюминия при спекании не-
фелиновых шихт с примесью угля в основном обусловлено восста-
новлением Ма2О-Ре2Оз до FeO и Na2O.
При уменьшении содержания Na2O-Fe2O3 состав -спека удаляется
от поля кристаллизации соединений 2Na2O-8CaO-5SiO2 и 4СаО •
-Al2O3-Fe2O3 (см. систему Na2O-Al2O3—Na2O-Fe2O3— 2CaO-SiO2).
6. Изобарно-изотермический потенциал реакций
взаимодействия компонентов глиноземных спе-
ков с растворами [ 164]
Данные приведены для стандартных условий гари 25°С. Изменение
температуры выщелачивания спеков до 70—0О°С не оказывает суще-
ственного влияния на результат ориентировочного расчета величины
AZ°. Основными фазами глиноземных спеков являются Na2O-Fe2O3,
2CaO-SiO2, Na2O-Al2O3, но могут образовываться кальциевые алю-
минаты и алюмосиликаты 2СаО • Al2O3-SiO2 (геленит), СаО-А12Оз-
• 2SiO2 (анортит), 2Na2O-8CaO-5SiO2 и другие соединения. Приводи-
мые значения AZ° позволяют определить термодинамическую вероят-
ность различных реакций взаимодействия спека с растворами.
Уравнения реакций компонентов спека с содовыми растворами:
1. 2СаО- SiO2 + 2 СО|—+ Н2О + а <7 =
= 2 СаСО8 + SiO|~ + 2 (ОН)- + a q;
2. СаО А12О8 + СО|~ + a q = CaCOs + 2 АЮ^ + a q,
3. 3СаО-А12О8 + 3СО|~ + 2Н2О + «<7 = 3СаСО8 +
+ 2АКХГ+4 (ОН)“ + «<7;
4. 4СаО • А12О8 • Fe2O3 + 4 СО3 + 6 Н2О + « q ~ 4 Са СО3 +
+ Fe2O3 3 Н2О + 2 АЮ- + 6 (ОН)- + aq;
5. ЗСаО-А12О3-7Н2О + ЗСО|- + а<7 = ЗСаСО3 +
+ 2 АЮ-+ 4 (ОН)- + 5Н2О + aq;
6. 2 СаО-А12О8- SiO2 + 2 СО|- + a q = 2 С GO3 +
+ 2 АЮ2 + SiOg- + «<7;
7. СаО-Al2O3-2SiO2 + СО|—+4 (ОН)-+ «<7 =
= СаСО3 + 2 А1ОеГ + 2 SiO|— + 2Н2О+а</.
В реакции 5 соединение ЗСаО • А12Оз’7Н2О — наиболее верст-
ный продукт гидратации кальциевых алюминатов [164].
Ниже приведены величины стандартного изобарно-изотермическо-
го потенциала реакций компонентов спеков с содо-щелочными рас-
творами, кал]моль-.
Номер реакций . . 1 2 3 4 567
Д£° .............—165000 —64000 —10000 —53000 —80000 —49000 —26000
Из величины отрицательного значения AZ° следует, что в содо-
шелочных растворах возможны довольно полные разложения 2СаО •
•SiO2, СаО-А12О3, ЗСаО-А12О3 • 7Н2О и 4СаО • Al2O3-Fe2O3. Разло-
жения ЗСаО-А12О3, СаО-Al2Os-2SiO2 и 2СаО • А12О3 • SiO2 менее ве-
роятны.
Реакции р-2СаО • SiO2 с содо-щелочными алюминатными раство-
рами с образованием натриевых и кальциевых алюмосиликатов та-
ковы:
1. 2CaO-SiO2 +2/з AlOf + 11 Н2О =* Vs 6 СаО-А12О3 X
X 3 SiO2-32Н2О + в/8 (ОН)- + aq\
2. 2 CaO-SiO2 + A1Q- + 6 Н2О = Vs 4 СаО-А12О3 X
X С1О2-12 Н2О + Vs SiO|— + a q;
3. 2 CaO-SiO2 + Н2О + 2 (ОН)~ + a q = 2 Са (ОН)2 + SiO|~ + aq-,
4. 2 CaO-SiO2 + Na+ + AIO^ + 4 H2O = V2 Na2O X
X A12O3 • 2 SiO2 • 4 H2O + 2 Ca2+ + 4 (OH)~ + a q-,
5. 2 CaO-SiO2 4-Na+ + AIO^ + 3 H2O = Vs Na2OX
X Al2O8-2SiO2- 2H2O + 2Ca2+ +4 (ОНр + ад;
6. 2CaOSiO2 + «/s AIO^ + 42/3 H2O + Vs (OH)“ =
= 2/3 3 CaO • A12O3 • 7 H2O + SiO|~ + Vs H+ + aq.
7. 2 CaO-SiO2 + AIO^ + 3 H2O = Vs CaO-A12O3 X
X 2 S1O2 • 2 H2O + Vs Ca+ + 4 (OH)~ + a q;
8. 2CaO-SiO2 + 2/3 A10<f + 4/s H2O = Vs 3 CaO x
X A12O3-3 SiO2 + Ca2+ + Vs (OH)’ + 09:
9. 2 CaO-SiO2 + AlOf + 2 H2O = Vs 3 CaO X
X A12O3 • 2 SiO2 • 2 H2O + Vs Ca2+ + 2 (OH)- + a q-,
10. 2CaO-SiO2 + Vs AIO^ + 3H2O = 2/33CaO-A12O3 X
X SiO2-4H2O + Vs SiO2- + 2/3 (OH)- + a q-,
11. 2CaO-SiO2 + VsNa+ + 1/s A1O^ + 2,5H2O =
= V4Na2O Al2O8-4SiO8-2H2P + 2Ca2+ + 4 (OH)~ + a q.
Ниже приведены величины стандартного изобарно-изотермическо-
го потенциала реакций P-2CaO-SiO2 с содо-щелочными алюминатны-
ми растворами, реакции 1—11, кал]'моль-
Номера реакции ........
Д Z°...................
Номера реакции.........
Д Z°...................
1 2 3 4 5
—210000 —184000 —158000 —140000 —148000
6 7 8 9 10 11
—146000 —137000 —133000 —131000 —127000 —12500
Приведенные данные могут служить ориентиром при проведении
экспериментальных исследований, затрудненных идентификацией
состава фаз, образующихся в небольших количествах, метастабиль-
ностью соединений и образованием твердых растворов. В резуль-
тате комбинаций реакций, для которых известен Д2°, возможно оп-
ределить, будут ли протекать другие реакции.
Экспериментальные данные по разложению P-2CaO-SiO2 приве-
дены на стр. 104—107.
24. Теплофизические характеристики нефелиноизвестняковой
шихты 1(165]
Таблица 50
Номер шихты Характеристика Значение величии при разных температу- рах, °C
100 200 300 400 500 600
1 Т емпературопровод- 0,450 0,450 0,535 0,590 0,590 0,615
2 ность а-10—3 , мР/ч 0,480 0,560 0,560 0,580 0,640 0,870
1 Теплопроводность X, 0,94 1,04 1,30 1,50 1,57 1,70
2 ккал/(мч- град) 0,85 1,10 1,14 1,22 1,40 1,95
1 Средняя теплоемкость 0,210 0,220 0,230 0,245 0,248 0,259
2 ср ккалЦкг-град) 0,203 0,220 0,229 0,242 0,245 0,251
Примечание. Гранулометрический состав шихты № 1: +0,15 мм—
2.74%: (—0,15+0,09 мм) — 15,14%; (—0,09+0,04 мм) — 28.4%; —0,04 мм — 53.7%;
насыпная масса 0,945 кг!дмг\ гранулометрический состав шихты № 2: — 1 мм—
100%; насыпная масса1 0,80 хг/бл3.
2Й. Тепловые эффекты некоторых реакций гидроокисей алюминия (90]
Таблица 51
Реакции Тепловые эффекты, кад/моль Примечания
А1(ОН)3 = АЮОН4-НаО t (гидраргиллит) (бемит) (пар) А1(ОН)3 = А1(ОН)з t (байерит) (гидраргиллит) +18550 +18096 + 1200 Приведенный к нор- мальным условиям По другим данным, при 300°С
2А1(ОН)3 = у-А1аОз + ЗН2О (гидраргиллит) (жидкость) +19200 Приведенный к 20°С, на моль А12О3
2А1(ОН)3 = А12Оз + ЗН2О (гидраргиллит) (жидкость) 2А1(ОН)3 = А1аОз + ЗН2О (байерит) (жидкость) +16000 +14700 Теплота обезвожи- вания гидраргилли- та в вакууме при 503°К, на моль А12О3 Приведенный к 20°С, на моль А12О3
2А1ООН = у-А12О3 + ЗН2О (бемит) (жидкость) +10300 Приведенный к 20°С, на моль А12О3
2А1ООН = а-А12О2 + ЗН2О (диаспор) (жидкость) +19920 При 560°С на моль АЦОд
А1(ОН)3 + ОН“ = А1О^ + 2Н2О (гидраргиллит) +7340 В интервале тем- ператур 40 170°С
А1(ОН)2 + ОН” = АЮ- + 2Н2О (байерит) +5240 В интервале тем- ператур 40 100°С
А1ООН + он~ = A107 + Н2О (гидротермальный бемит) +4760 В интервале темпе- ратур 80—170°С
Al(OOH) + ОН- = АЮ^ + Н2О (диаспор) +7800 В интервале тем- ператур 200—300°С [167]
Растворение гидраргиллита при 100°С: в растворе щелочи концентрации 100 г/л Na2O в растворе щелочи концентрации 380 г/л Na2O в алюминатном растворе концен- трации 380 г/л Na2OK, 130г/лА12О8 в 400 г 30%-ного раствора NaOH в 1л раствора концентрации 130 г/л Na2O (ак — 1,45) +5000 +5500 +4200 +5460 +5600 По Лилееву По Роту, при 77°С По Кальве, при 17°С
g 26. Интегральные теплоты растворения NaOH в воде и теплоты упаривания его растворов т „ , „ „ „ о -9.
Интегральные теплоты растворения NaOH при разных температурах, кал/моль NaOH [361
Концентрация NaOH л«оль/1000 Температура, °C
г Н2О 25 30 50 70 100 150 200 250 300 350
1,042 — 10,165 —10,359 -10,715 -11,005 — 11,403 —
1,596 —10,165 -10,346 -10,637 — 10,875 —11,207 III* — — — —
2,174 —10,230 —10,324 —10,561 — 10,755 —11,028 — — —
2,778 —10,246 -10,307 — 10,496 -10,642 —10,863 — — III* — —
4,760 -10,200 —10,219 -10,271 —10,296 — 10,346 — — —
5,490 —10,161 -10,170 — 10,187 —10,181 —10,181 — — ___
6,250 —10,099 -10,101 —10,086 —10,046 —9,995 — —
10,713 —9,128 —9,102 —8,976 -8,830 —8,616 — — — — —
16,665 —7,377 — —7,178 — —6,776 — — —
24,997 —5,347 — —5,171 III* —4,865 — — —
37,50 III* — —3,329 III* —3,079 —2,900 —2,813 —2,863 -3,128 —7,222'
44,44 — III* —2,680 — —2,432 —2,248 —2,147 —2,165 -2,365 —6,318
53,12 — — — — —1,821 — 1,628 —1,509 —1,495 -1,639 —5,471
58,33 — 1 * — — —1,533 — 1,337 — 1,209 —1,180 -1,292 —5,067
71,15 — — — — —0,962 —0,750 —0,604 —0,546 -0,607 —4,275
88,63 — ‘ * — ‘ * —0,415 —0,180 —0,010 +0,083 -0,068 —3,499
99,99 —- — — "'* —. +0,108 +0,282 +0,392 1-0,408 —3,117
131,24 ' —— — — * "'* — —. +0,870 +1,007 hl,065 —2,379
183,32 "1* — — "'* '"* — — +1,562 hl,663 —1,704
224,98 1»* — — "'* — — — +1,820 1,941 —1,388
287,47 —- — — * "'* III* — III* +2,065 h2,207 —1,086
391,62 — * "* — — — * "'* — —. -2,465 —0,785
599,93 — —. — III* — — —-. III* -2,709 —0,518
1224,90 — — — — — — — * -2,942 —0,253
Примечание. Тепловой эффект при растворении 1 моля веще ства в количестве растворителя, необходимом для полу-
чення раствора определенного состава, называют интегральной теплотой растворения. Выделяющееся тепло обозначается зна-
ком минус, поглощаемое — знаком ллюс.___________________________________________________________________________
Продолжение тавл. 53
Темпера- тура, °C Давление, кГ/см* Удельный объем сухого насыщенного пара, м*/кг Плотность сухого насы- щенного па- ра, кг/м3 Энтальпия сухого насыщен- ного пара, ккал/кг Скрытая теплота парообра- зования, ккал/кг
85 0,5894 2,828 0,3536 633,3 548,3
90 0,7149 2,361 0,4235 635,2 545,2
95 0,8619 1,982 0,5045 637,2 542,1
100 1,0332 1,673 0,5977 639,1 539,0
105 1,2318 1,419 0,7047 640,9 535,8
ПО 1,4609 1,210 0,8264 642,8 532,6
115 1,7239 1,036 0,9652 644,6 529,4
120 2,0245 0,8917 1,121 646,4 526,1
125 2,3666 0,7704 1,298 648,1 522,7
130 2,7544 0,6683 1,496 649,8 519,3
135 3,192 0,5820 1,718 651,4 515,8
140 3,685 0,5087 1,966 653,0 512,3
145 4,237 0,4461 2,242 654,5 508,7
150 4,854 0,3926 2,547 656,0 505,0
155 5,540 0,3466 2,885 657,5 501,3
160 6,302 0,3068 3,258 658,7 497,4
165 7,146 0,2725 3,670 660,0 493,5
170 8,076 0,2426 4,122 661,3 489,5
175 9,101 0,2166 4,617 662,4 485,4
180 10,225 0,1939 5,157 663,6 481,3
185 11,456 0,1739 5,750 664,6 477,0
190 12,800 0,1564 6,394' 665,5 472,6
195 14,265 0,1409 7,097 666,3 468,1
200 15,857 0,1272 7,862 667,1 463,5
205 17,585 0,1151 8,688 667,7 458,7
210 19,456 0,1043 9,588 668,3 453,9
215 21,477 0,09465 10,56 668,8 448,9
220 23,659 0,08606 11,62 669,1 443,7
225 26,007 0,07837 12,76 669,3 438,4
230 28,531 0,07147 13,99 669,5 433,0
235 31,239 0,06527 15,32 669,7 427,5
240 34,140 0,05967 16,76 669,5 421,7
245 37,244 0,05462 18,30 669,4 415,8
250 40,56 0,05006 19,98 669,0 409,7
255 44,10 0,04591 21,78 668,5 403,3
260 47,87 0,04215 23,72 667,9 396,8
265 51,87 0,03872 25,83 667,3 390,2
270 56,14 0,03560 28,09 666,3 383,2
275 60,66 0,03274 30,53 665,2 376,0
280 63,46 0,03013 33,19 663,9 368,5
285 70,54 0,02774 36,05 662,4 360,7
290 75,92 0,02554 39,15 660,7 352,6
295 81,60 0,02351 42,53 658,8 344,2
300 87,61 0,02164 46,21 656,6 335,4
28. Давление пара растворов КОН, NaOH и алюминатно-щелочных
растворов при различных температурах
Таблица 54
Давление пара растворов КОН в интервале температур
150—400°С, кГ/сМ2 [112]
Концент- рация кон, % Температура, °C
150 200 250 300 350 400
0 4,85 15,86 40,5 87,61 168,63
5 4,72 15,12 38,5 83,50 162,70 —-
10 4,52 14,38 36,6 79,90 154,90 — ’ —
15 4,27 13,60 34,6 75,80 147,40 4 1*
20 3,98 12,73 32,4 70,90 138,70 ——
25 3,60 11,70 30,0 65,30 128,80 —
30 3,20 10,47 27,1 59,50 117,50 206,0
35 2,72 9,07 24,0 52,90 104,00 181,0
40 2,22 7,65 20,6 46,20 90,80 157,5
45 1,75 6,12 17,0 39,00 75,20 133,5
50 1,30 4,55 12,8 31,10 60,00 108,4
55 0,88 3,13 9,2 22,20 46,80 83,6
60 0,53 2,00 6,0 14,10 31,40 60,8
65 0,25 1,13 3,6 9,30 20,60 41,8
70 — 0,55 1,9 5,20 12,40 25,6
75 0,22 0,8 2,60 6,50 14,2
80 — — 0,3 ГО,90 2,68 V7.4
-Примечание. В исследовательской практике глиноземного производ-
ства в ряде случаев необходимо учитывать давление пара воды над раст-
ворами КОН при высоких температурах. Табличные данные представляют ре-
зультаты измерений на установках, «описанных в работах [84, H3J. В области
растворов от 30 до 50% КОН давление пара было изучено различными мето-
дами: без паровой фазы [ИЗ] и с паровой фазой [84]. Расхождение между
результатами, полученными по двум принципиально разным методам, состав-
ляет около 3%. В таблице приведены усредненные результаты замеров.
Таблица 55
Действие пара растворов NaOH в интервале температур 200—350°С
кГ!см2 <[110]
Концентрация Na2O, % Температура, °C
200 250 300 350
0 15,85 40,56 87,6 167,8
5 15,0 38,4 82,7 160,1
10 13,9 35,8 77,3 148,9
15 12,8 33,3 72,2 139,1
20 11,6 30,4 66,8 129,0
Продолжение табл. 55
Концентрация NazO, % Температура, °C
200 250 300 350
25 10,3 27,4 61,0 118,2
30 8,9 24,3 54,7 107,5
35 7,3 21,0 48,5 96,4
40 5,7 17,6 42,2 85,0
Примечание. Давление пара над растворами NaOH также приве»
дано в табл. 57, в которой упругость пара воды над растворами одинако-
вых концентраций и температур несколько /нище, чем в табл. 55. Учитывая
большое значение для глиноземного производства правильной оценки величн»
Ны давления над щелочными растворами при разных температурах, приведет
НЫ данные разных источников. См. примечание к табл. 5/.
Таблица 56
Давление лара растворов едкого натра и алюмината натрия при
___________температурах ниже 100°С, Мм рт. ст. [108]__________
Концентрация, % Температура, °C
NaaO AljOg а 25 50 75 90 97
0 0 Вода 23,76 92,51 289,1 523 682
0 ОО 22,45 87,6 271,0 497 647
5,00 0,33 25,00 22,4 87,0 270,0 495 647
0,55 14,95 22,4 96,5 270,0 495 646
1,18 6,97 22,3 85,0 269,0 496 644
0 ОО 20,35 79,0 250,0 455 598
10,00 0,66 25,00 20,30 78,5 247,0 451 600
1,10 14,95 20,25 78,5 247,0 450 596
2,36 6,97 20,20 78,0 245,5 448 596
4,73 3,48 20,10 76,3 245,0 444 596
0 ОО 16,90 67,2 216,0 398 529
15,00 0,99 25,00 16,80 67,2 213,2 388 522
1,65 14,95 16,70 67,0 212,5 387 516
3,54 6,97 16,50 66,5 211,5 385 510
7,09 3,48 16,20 66,1 208,7 378 502
20,00 0 со 13,10 54,0 178 329 435
1,31 25,00 12,85 53,5 175 316 427
2,20 14,95 12,65 52,5 173 314 419
4,72 6,97 12,40 51,3 171,5 312 410
9,45 3,48 12,10 50,5 164 305 400
Продолжение табл. 56
Концентрация, % Температура, °C
Na2O А1,О, а 25 50 75 90 97
20,00 13,21 2,49 11,80 49,5 162 302 394
16,45 2,00 — — — — —
19,49 1,69 11,30 48,0 158 — 390
21,43 1,53 10,95 43,5 156 — 387
0 ОО 12,30 51,5 170 315 416
1,38 25,00 12,00 50,5 166 302 407
2,31 14,95 11,85 49,5 164 300 398
21,00 4,96 6,97 11,60 47,5 162,5 298 390
9,93 3,48 11,20 47,0 155,5 288 378
13,87 2,49 10,90 46,2 152 284 371
20,43 1,69 10,40 44,5 147 — 364
22,50 1,53 10,10 — — — 360
0 ОО 11,45 48,6 161 300 395
1,45 25,00 11,20 47,5 157 288 388
2,42 14,95 11,00 46,5 155 286 377
22,00 5,19 6,97 10,40 44,0 153 283 370
10,40 3,48 10,10 43,3 145 270 355
14,53 2,49 10,10 43,0 142 265 347
21,41 1,69 9,5 — — — 340
0 ОО 10,70 45,6 152,5 285 376
1,51 25,00 10,30 44,2 148,5 274 366
23,00 2,53 14,95 10,20 43,4 145,2 279 356
5,43 6,97 9,80 41,5 142,4 268 348
10,87 3,48 9,45 40,3 132,8 254 333
15,19 2,49 9,20 39,2 129,2 247 323,5
0 ОО 9,15 39,7 134 255 337
25,00 1,64 25,00 8,80 38,5 130 243 326
2,75 14,95 8,60 37,0 127 240 316
5,90 6,97 8,05 35,0 122 237 304
0 оо 5,45 24,3 91,5 182 240
30,00 1,97 25,00 4,85 22,7 87,0 166 227
2,75 14,95 (4,40) — (84,0) 162 220
7,08 6,97 (3,60) (21,5) (81,0) 159 208
35,00 — ОО 3,20 15,0 57,0 120,0 146
Примечание. Значения, данные в скобках, получены с помощью да-
лекой интерполяции и экстраполяции.
Таблица 57
Давление пара мюминатных растворов (Р) и понижение давления пара по отношению к чистои воде (АР) в интервале температур 150—350°С, кГ/слР [108]
Концентра- ция, % а Давление и понижение давления пара при температурах, °C
150 200 250 300 350
Na2O Al2Og Р др Р | ДР Р ДР р др Р ДР
0 5,00 0 0 0,55 1,18 ОО 14,95 6,97 4,85 4,58 4,57 (4,55) 0 0,27 0,28 (0,30) 15,86 14,98 14,95 (14,90) 0 0,88 0,91 (0,96) 40,56 38,36 38,2 (38,1) 0 2,20 2,36 (2,46) 87,61 82,6 82,4 (82,0) 0 5,0 5,2 (5,60) 168,63 160,0 159,7 (159,5) 0 8,6 8,9 (9,1)
10,00 0 1,10 2,36 4,73 ОО 14,95 6,97 3,48 4,24 4,20 4,18 (4,16) 0,61 0,65 0,67 (0,69) 13,93 13,80 13,70 (13,65) 1,93 2,06 2,16 (2,21) 35,65 35,40 35,25 (35,15) 4,91 5,16 5,31 (5,41) 77,4 77,2 76,8 (76,1) 10,2 10,4 10,8 (И,5) 150,5 150,2 150,0 (149,8) 18,1 18,64 18,6 18,8
15,00 0 1,65 3,54 7,09 ОО 14,95 6,97 3,48 3,80 3,73 3,71 (3,66) 1,05 1,12 1,14 (1,19) 12,67 12,48 12,30 (12,15) 3,19 3,38 3,56 (3,71) 32,70 32,35 32,12 .(31,90) 7,86 8,21 8,44 (8,66) 71,5 70,8 70,5 (69,8) 16,1 16,8 17,2 (17,8) 140,2 139,2 138,6 (138,1) 28,4 29,4 30,0 30,5
Продолжение табл. 57
Концентра- ция, % а Давление и понижение давления пара при температурах, °C
150 200 250 300 350
Na2O Л120з Р ДР р ДР р ДР р ДР Р ДР
0 ОО 3,29 1,56 11,20 4,66 29,38 11,18 64,9 22,7 128,4 40,2
2,20 14,95 3,20 1,65 10,90 4,96 28,81 11,75 63,8 23,8 126,5 42,1
20,00 4,72 6,97 3,18 1,67 10,77 5,09 28,58 11,98 63,4 24,2 125,8 42”8
9,45 3,48 3,13 1,72 10,60 5,26 28,19 12,37 62,8 24,8 125,2 43,4
13,21 2,49 3,06 1,79 10,45 5,41 27,70 12,86 62,2 25,4 123,8 44,8
16,45 2,0 3,02 1,83 10,32 5,54 27,42 13,14 61,4 26,2 122,4 46,2
21,43 1,535 2,96 1,89 10,05 5,81 27,20 13,36 60,3 27,3 120,0 48;б
0 ОО 3,19 1,66 10,89 4,97 28,70 11,86 63,4 24,2 126,0 42,6
2,31 14,95 3,09 1,76 10,58 5,28 28,05 12,51 62,3 25,3 123,8 44i8
21,00 4,96 6,97 3,06 1,79 10,43 5,43 27,82 12,74 61,9 25,7 123,0 45,6
9,93 3,48 3,01 1,84 10,25 5,61 27,40 13,16 61,3 26,3 122,2 46,4
13,87 2,49 2,95 1,90 10,12 5,74 26,89 13,67 60,6 27,0 120,6 48,0
17,27 2,00 2,91 1,94 10,00 5,86 26,56 14,00 59,8 27,8 119,0 49^6
22,50 1,535 2,84 2,01 9,70 6,16 26,30 14,26 58,7 28,9 116,7 51,9
0 ОО 3,07 1,78 10,58 5,28 28,00 12,56 62,0 25,6 123,3 45,3
2,42 14,95 2,98 1,87 10,23 5,63 27,25 13,31 60,8 26,8 121,0 47,6
5,19 6,97 2,95 1,90 10,10 5,76 27,00 13,56 60,3 27,3 120,0 48,6
22,00 10,40 3,48 2,90 1,95 9,91 5,95 26,56 14,00 59,7 27,9 119,0 49'б
14,53 2,49 2,83 2,02 9,78 6,08 26,00 14,56 58,9 28,7 117,4 51,2
18,10 2,00 2,79 2,06 9,65 6,21 25,63 14,93 58,1 29,5 И5;5 53,'1
23,58 1,535 2,71 2,14 9,35 6,51 25,39 15,17 57,0 30,6 113,2 55 Л
о о й га CL 1 350 J, ОООСОЬ-Ь-Ф О —' СМ 00 LQ LO Ю to —« СО СО СО CD 00 LO LO LO 67,5 76,1 83,3
0, 00 С О СО СО 822 £х!2 2 е4" to CO CD to CM О 101,1 92,5 85,3
О о ’—' ЧТ О CD Tf £q" г- oo coco о r-7 CM CM CM CM CO co см to to o' —Г — co co co 37,9 42,1 45,9
Ф Е й С, S р Е « 0, tO CM co О CM О CO 00 00 Г- о CO U0 LOLO LOlO r-?CD iO~ L0 LO LO 49,7 45,5 41,7
Р га К § я ф га о Ю dV со О СО СО О o' CO •—’ CO 00 qo CO M- rf tOiQ 00 CD Ю 00 г- о raf LO co •-—I »—< •—< 18,94 20,71 22,96
d 2 Е Ф X К К О Е см а. О CD О О CD S' CM CM Г- —«ft. r- CD CD Ю LQ —Г CM CM CM CM CM CM OO О —• CD 00 Ю to Tf CM CM CM 21,62 19,85 17,60
S Ф S Е Ф R га о о о. CM CD 00 00 LO S CD COO CM raT to to LO CD CD co CO —«00 CO CD OO CO CD c© 8,07 8,63 9,96
ч ем
о. ТГ О CO 00 CM CO Г- LO о ~ ~ м -co о co CO CO CO “ —< to 00 to to —<~o co co co co CO Г"^СМ 5,90
о из dV CO CO CM 00 Tt* co oo^co О О —« ^ —’ —< cm CM CM £2, CM CM to —« CM CM CM CM CM —« LO Г-00 CM CM 3,31
0, оогаь-® O 00 00 Г'' Г- «о О) OJ О СЧ CM Cj, co coo Г- CD CD CM CM CM 28 CM CM 1,54
в LO г-оо со о g со со о TP CD со см см co 14,95 6,97 oo 6,97 8
га с _ W О < со СО Г- СО см ю "Ф 00 —’ со О CM to О LO ОО too О CM to 00 о о г- О
s 4 ЦИЯ, о е* га Z 23,00 25,00 30,00 35,00
‘Л ОЧНОМ створов я воз- а я £ к Ss§
Н-® Я S К „ Я CL S5 ф га га Ф f-1 \о Г? SOS On 0,0.0 а ° О в g 5л и с SO о е. Й Йи -z . о й в й и о S5 2 2 в'о о X в Э<д g я и “ ч Я ь a<pZ X и о.и 5в л -.я * ф й Й Вё и S 7& в* -S 5 Я 3 1 Ct g = ^«g-'g 5 s сх<о s га ® ф з оя®в gS я вУ § Я I § га ь-, р? 5 g°e £«5 5w§Wg ►Г • m Sf О fr- Я Я Я и <£й а 2 й В " 5. ? я Я а о я о? <и я &S 8 я а. 8 ар&ааи Я й Я g „ и ° S' га Ct О К w Й S Я в 2 к s ст s е ь * * га g - Ф Р . . I& S ей н ст h К ш Е 2 ф Е- и сх Ф >, о ф >»:а о £ Е~* СТ -j я*яв.°ЕЙ « ф ф о § № 5 £ ° >
"аблн емсо; абл. ф S Ь gs S я О я
Примечание. 1 выщелачивании глиноз N аОН, приведенное в i растают по мере ростг рах выше 200°С. Расхс Данные табл. 57 xoj го пара над алюминат
29. Понижение температуры замерзания растворов NaOH
и алюминатных растворов [37]
Таблица 58
Понижение температуры замерзания растворов NaOH
и алюминатных растворов [37]
Концентрация NaOH, г/л Каустический модуль раствора Понижение температуры замерзания, °C
1,56 Чистая щелочь 0,170
1,56 2,45 0,176
1,56 1,34 0,179
1,56 . 1,10 0,174
1,56 1,00 0,178
9,6 Чистая щелочь 1,065
9,6 1,34 1,040
15,9 Чистая щелочь 1,715
15,9 1,66 1,715
15,9 1,0 1,700
32,7 Чистая щелочь 3,625
32,7 3,95 3,601
30. Температуры кипения водных растворов некоторых кислот, солей
и оснований
Температура кипения водных растворов азотной кислоты [18]:
HNO3, %.............. 0 10 30 40 50 60 70 80 90
Температура кипения, °C 100 103,6 108 112,6 117 120 121,6 115,5 102
Таблица 59
Концентрация некоторых солей и оснований в водных растворах,
соответствующая определенной температуре кипения при
атмосферном давлении [18], г/100 г воды
Температура, °C
Вещество 101 102 103 104 105 107 по 115 120 125 140
кон 4,7 9,3 13,6 17,4 20,5 26,4 34,5 47,0 57,5 67,3 92,5
КС1 9,2 16,7 23,4 29,9 36,2 48,4 57,4 — — —. —_
к2со3 11,5 22,5 32,0 40,0 47,5 60,5 78,5 104,0 128 153 203
K2SO4 14,5 30,0 31,6 .— —. —. —. — — — —
NaCl 6,6 12,4 17,2 21,5 25,5 33,5 40,7 — — — —
Na2SO4 18,0 33,0 44,5 46,7 — —• — —— — — ——
10,4 20,8 31,1 41,2 51,2 —• — — — — —
??
Температура кипения .водных растворов серной кислоты [18]:
Концентрация H2SO4, %
Температура кипения, °C
Концентрация H2SO4, %
Температура кипения, °C
Концентрация H2SO4, %
Температура кипения, °C
Концентрация H2SO4, %
Температура кипения, °C
15 20 25 30 35 40 45 50
103,1 104,4 106,0 108,0 110,5 114,0 118,4 124,4
53 56 60 62 65 67 70 72
128,7 133,8 141,8 146,4 154,1 159,7 169,2 176,2
74 76 78 80 82 84 86 88
183,8 191,2 200,7 210,2 220,4 231,3 243,0 255,0
89 90 91 92 93 94 95 96
262,1 268,9 275,9 283,2 290,6 298,4 306,3 314,5
Температуры кипения нераздельно кипящих смесей водных раст-
воров НС1 и HF [18]:
Концентрация НС1, %............ 100,0 38,65 20,3
Температура кипения, °C........—85 20,7 ПО
Концентрация HF, %............. 100 37
Температура кипения, °C........ 19,5 120
Глава ill
ФИЗИКО-ХИМИЧЕСКИЕ
ПРЕВРАЩЕНИЯ В ПРОЦЕССАХ
ГЛИНОЗЕМНОГО ПРОИЗВОДСТВА
Системы, определяющие процессы способа Байера
и гидрохимических переделов способа спекания
1. Система Na2O —А12О3— Н20 (рис. 8) [15]
Для алюминатных растворов составов, лежащих на левых вет-
Рис. 8. Изотермы системы NasO—AlsOa—HSO для 30, 60, 95 и
soo°c
фазой является байерит [ 1Й7]. Правые ветви йзОтерм Для 30, 60,
95°С характеризуют составы растворов, насыщенные металюмина-
том натрия Na2O А12О3-2,5Н2О. Для 150 и 200°С эти же ветви
изотерм равновесны в отношении водного ортоалюмината
3Na2O- А12О3-6Н2О. По другим данным [22], металюминат содер-
жит две молекулы воды и не существует ортоалюминат натрия.
От присутствия солей растворимость гидроокиси алюминия в
щелочных растворах повышается. Составы равновесных алюминат-
ных растворов для 30, 60, 95, 150, 200, 250 и 300°С приведены в
табл. 11, 14 и 15.
Растворимость бемита выше растворимости диаспора. Это ука
зывает, что стабильной фазой в условиях, при которых выполнено
определение растворимости, является диаспор. Это положение подт-
верждается и .исследованием [80].
Рис. 9. Изотермы системы К2О—А12ОЭ —
Н2О для 30, 60 и 95°С
2. Система К2О — А12О3— Н2О (рис. 9) [91]
Равновесные кривые растворимости А1 (ОН)3 в растворах КОН
похожи на кривые системы Na2O—А12О3—Н2О. Она также состоит
из ветвей, пересекающихся под острым углом. Левая ветвь пред-
ставлена твердой фазой — гидраргиллитом, правая — алюминатом
калия состава К2О-А12О3 • ЗН2О.
Максимальные концентрации А12О3 в равновесных растворах алю-
мината калия возрастают с повышением температуры, но они более
низки, чем в растворах алюмината натрия. Это видно из приводи-
мых данных:
Температура раствора, °C............... 30 60
Максимальная концентрация А12Оа в раство-
ре. %:
NaAlO2 ............................ 25,59 23,34
КА1О2 ............................. 16,90 21,10
95
29,25
25,80
Составы равновесных растворов см. в табл. 12.
3. Система (NaAlO2+NaOH)—(КАЮз+КОН)—Н20 для ак=3,6
прй 75 и 95°С (рис. 10) [40]
В г.идроалюминате калия отношение А12Оз:К2О=1, в гидроалю-
минате натрия она колеблется от 1 до 1,35. Исследователи рас-
сматривают избыточную щелочь в гидроалюминате натрия как ос-
тавшуюся между поверхностями кристаллов и как адсорбирован,
ную [40].
Согласно одним исследованиям гидроалюминат «атрия, образую-
щийся в этой системе, содержит три молекулы воды [40]. По дру-
гим исследованиям гидроалюминат натрия содержит две молекулы
воды [22]. На диаграмме в формуле соединения количество воды
обозначено коэффициентом п. Область (NaAlO2+NaOH)—В—С-~
(КАЮг+КОН) отвечает составам растворов, находящихся в рав-
новесии со смешанными гидроалюминатами калия и натрия или
возможно с их твердыми растворами.
4. Система (NaA102-t-Na0H)—Na2SO4— Н2О для ак=3,6
при 75 и 95°С (рис. 11) [16]
Диаграмма системы характеризуется четырьмя твердыми фазами
химического состава:
Na2SO4; Al2Os-Na2O-3H2O; Al2Os mNa2O-nH2O и
От] (A12O3-mNa2O-nH2O) • Na2SO4.
Исследователи для полей составов растворов, насыщенных гид-
роалюминатом натрия и см.есью гидроалюмината натрия с суль-
фатом натрия, не приводят химических формул с численными ко-
эффициентами.
5. Система (КАЮ2+КОН)— K2SO4—Н2О для ак=3,6 при 75
и 95°С (рис. 12) [16]
При 95°С система характеризуется твердыми фазами состава
K2SO4 и А12О К2О-ЗН2О.
При 75°С в системе возникает новая твердая фаза типа .41K2SO4X
ХАКОН. точный состав которой не установлен.
6. Система NaA102 — КАЮ2 — КОН — NaOH — K2SO4 — Na2SO4 —
Н2О для ак =3,6 при 75 и 95°С (рис. 13) [40]
В системе в указанных условиях твердыми фазами являются
сернокислый натрий, сернокислый калий и глазерит 3K2SO4X
XNa2SO4
Поле составов растворов, насыщенных гидроалюминатом натрия,
занимает ничтожную поверхность диаграмм и не имеет практичес-
кого значения. Диаграммы освещают взаимодействия, происходя-
щие в смешанных калиевых и натриевых алюминатных растворах,
насыщенных сульфатами при упаривании таких растворов в про-
изводстве глинозема из алунитовой породы.
S6
Э„96 иби — д '.QQgi ийи — т>
:9‘е= м» eiftf О’Н—’OS’bN
—(HOBN+’OIVBN) 1ЧИЭХ1ИЭ иинкохэоэ внивйчви^ "Ц 'эи^
те
ЭО36 n<fa — д 1^2 Hdu — а
Ю’Н—(НО®Ы I 3OIVBN)
—(HO^+'OIVM) НИ01ЭИЭ КИИВО1Э0» виивйлвнЦ о, -эид
НСЫ*г01Ю V UOOfJ-^OltfOfJ
о/ oz ое о off оо oi оо os оо/
ЪО
О Ю 20 JO 40 50 60 70 60 90 700
М10г-ЮН 6 6260л
Рис. 12. Диаграмма состояния системы (КА1О2+КОН)—
K2SO4-H2O для <хк = 3,6:
а — при 75°С; б — при 95°С
Рис. 13. Диаграмма растворимости взаимной napwfKAlOj+KOHJ+NajSO^jzz*
izjCNaAlOj+NaOHJ+KsSO для «к = 3,6;
а — при 75°С; б — при 95°С
7. Цикл процесса Бабера в системе Na2O—А12О3— Н2О
(примерная схема) [15]
Линия АБ является линией выщелачивания. Она направлена к
точке АЬОз'ЗНаО при выщелачивании гидраргиллитовых бокситов
и к точке А12Оз-Н2О—при выщелачивании диаспоровых или беми-
товых бокситов.
Реальный процесс несколько отклоняется от луча растворения
вследствие нейтрализации щелочи кислотными окислами руды:
SiO2, Р2О6, СаСОз, TiO2. Разбавление пульпы в автоклаве острым
паром смещает состав раствора после выщелачивания из точки Б
в точку В (разбавление не изменяет модуля раствора).
В зависимости от природы, боксита на диаграмму наносят ле-
вую ветвь растворимости бемита или диаспора, отвечающую тем-
пературе выщелачивания. По величине отступления точки В от
кривой растворимости судят о степени отклонения полученного
раствора от равновесного. От разбавления автоклавной пульпы
промводой состав раствора переместится по прямой постоянного
модуля в точку Г, расположенную близко к изотерме 95°С. При
этой температуре состав Г является стабильным, что позволяет от-
делять в отстойниках раствор от шлама.
Для кристаллизации гидраргиллита в раствор Г добавляется
затравочная пульпа, отчего точка состава смещается в точку Д.
Каустический модуль раствора повышается от добавки маточного
раствора затравочной пульпы. В результате охлаждения и кристал-
лизации А1(ОН)з состав раствора изменяется и изображается точ-
кой Е, лежащей на луче кристаллизации. Состав Е находится
между изотермами для 30 и 60°С. При выпаривании маточного рас-
твора состав его изменяется по линии постоянного модуля ~до точ-
йи Ж. После добавления к раствору состава Ж каустической Щё-
лочи для восполнения потери ее за цикл состав возвращается в
Концентрации Иа20, 7„
Рис 14. Цикл процесса Байера в системе Na£O—А13О3—Н2О
8. Взаимодействие извести с алюминатным раствором1
Реакция протекает по схеме
Na2O-А12О3 + 3Са (ОН)2 -|-а?г 3СаО-А12О3-6 Н2О + 2NaOH +aq.
Концентрация кальция в растворе .пренебрежимо мала, поэтому
равновесие реакции может быть выражено через концентрации
Na2O и А12О3.
Для каждой температуры выше соответствующей изотермы ре-
акции лежит область растворов, где алюминат кальция является
стабильнотвердой фазой. Область таких растворов для каждой тем-
пературы простирается до соответствующих равновесных кривых
1 Диаграмма заимствована из исследований М. Г. Лейтейзеи и Т. А. Пота-
повой.
растворимости бемита (155,200°С)
али гидраргиллита (95°С) — см.
левые ветви изотерм системы
Na2O — А120з — Н2О на рис. 8.
Этими кривыми показаны раство-
ры, которым присуще наличие
двух твердых фаз: трехкальцие-
вого гидроалюмината и гидрооки-
си алюминия.
Ниже изотермы системы
Na2O — А120з — СаО — Н2О на-
ходится область существования
фазы Са(ОН)2, т. е. растворов,
способных разлагать алюминаты
кальция. Составы растворов, ле-
жащие на кривых, отвечают од-
новременному существованию алю-
минатов кальция и Са(ОН)2.
При 95, Лбб и 200°С алюминат
кальция представлен ЗСаОХ
XAI2O3 • '6Н2О, Система определи-
Рис. 15. Изотермы системы
Na2O—СаО—AI2О8—Н2О:
1 — при 95°С; 2 — 155; 5—200
ет превращения, которым -подвергается известь на различных пере-
делах глиноземного производства по способу Байера, когда отсут-
ствует сода в алюминатных растворах.
9. Система Na2O — СаО — СО2 — А12О3 — Н2О*
Графический способ изображения этой системы основывается на
следующих данных:
1. Растворимость соединений СаО в алюминатно-щелочных
растворах ничтожно мала, поэтому можно пренебречь концентраци-
ей СаО в них.
2. Равновесная растворимость бемита или гидраргиллита опреде-
ляется концентрацией Na2O к, а не Na,Oy и, кроме того, не зависит
от СаО.
С учетом этих особенностей составы равновесных растворов мож-
но представить двумя прямоугольными координатами. Если на абс-
циссе отложить значения Na2OKna ординате — Na2Oy, а на продол-
жении ординаты вниз от начала координат — значения А12О3 и по-
строить кривую растворимости А12О3 в растворах NaOH по тройной
системе Na2O—Л12О3—Н2О, получится двухсторонняя прямо-
угольная диаграмма (см. рис. 16,а б, в), выражающая взаимодей-
ствия, происходящие в системе Na2O—СаО—СО2—А12О3—Н2О.
Проводя прямую вниз до пересечения с нижней .кривой, можно най-
ти равновесную концентрацию А12О3 для любой точки верхних кри-
вых. Процентное содержание Н2О определяется вычитанием из ста
суммы процентов Na2O, СО2 м А12Ог.
Диаграммы составлены из пяти моновариантных кривых 1—V.
Каждая из них характеризуется одной жидкой фазой и тремя твер-
дыми, из которых одна обязательно бемит или гидаргиллит (95°С).
Имеется три инвариантные точки, .но местонахождение третьей не
* По М. Г. Лейтейзен и Т. А. Потаповой,
Рис. 16. Изотермы системы Na2O—СаО—СО2 А12О3 Н2О:
а — при 95°С; б — 155; в — 200
определено: Предполагается что на пересечении кривой /V с неуста-
новленной кривой, разграничивающей области двойных солей
2Na2CO3-3CaCO3 и Na2CO3-2CaCO3. Изотермы на рис. 16, а, б, з
позволяют судить о взаимодействиях, происходящих при содово-из-
вестковом выщелачивании бемитовых бокситов. Однако необходимо
иметь в виду возможность влияния имеющихся в .производственных
растворах примесей, в первую очередь SiO2.
Допущение о независимости растворимости гидроокисей алюми-
ния в растворах NaOH от содержания в них соды не вполне оправ-
дано (см. табл. 17, 18). Однако польза диаграмм для качественной
оценки фазовых состояний в системе несомненна.
Приведем пример использования системы ЗСаО-А12О3-6Н2О—
Na2CO3—Н2О в технологии содового выщелачивания алюминатно-
кальциевых шлаков [150] (рис. 17).
Рис. 17. Диаграмма состояния системы ЗСаОХ
ХА1йОа*6НгО—NasCOs .HgO
Процессы, протекающие при содовом выщелачивании алюминатно-
кальциевых шлаков и спеков, описываются частной системой ЗСаОХ
ХА12О3-6Н2О—Na2CO3—Н2О в координатах Na2Oy и Na2OK. Для
удобства пользования диаграммой (рис. 17) по горизонтальной оси
отложены концентрации N2Oy, по вертикальной — №2ОК. Изотерма
60°С отвечает оптимальной температуре содового выщелачивания.
При более высоких температурах возникают большие потери полез-
ных компонентов. Изотерма для 95°С приводится для сравнения и в
основном совпадает с изотермой М. Г. Лейтейзен и Т. А. Потаповой,
если ее выразить в указанных координатных обозначениях.
Кривая БВ выражает составы равновесных растворов, образую-
щихся при взаимодействии по реакции
-3 СаО-А12О3-6 Н2О + 3 Na2 СО3 + п Н2О
Z 3 СаСО3 + Na2O -А12О3 + 4 NaOH + (п + 4) Н2О.
При концентрации содового раствора, превышающей А, взаимо-
действие протекает по реакции
3 СаО • А12О3 • 6 Н2О + 6 Na2 СО3 + Н2О г
Д 3 (СаСОа Na2CO3 • 2 Н2О) ф- Na2O А12О3 4 NaOH f- (п -f- 2) Н2О.
Кривые ВС и СД показаны условно, экспериментально -в этой
системе не изучались. Для технологии содового выщелачивания име-
ет значение только поле устойчивости СаСО3. Точка В определяет
максимальную концентрацию каустической щелочи, а значит, и
алюминатного раствора. Дозировка соды, необходимая для -полного
разложения алюминатов кальция, зависит от положения кривой БВ
и от -содержания каустической щелочи в оборотном растворе. Дози-
ровка соды С может быть определена по уравнению:
С = 0,01/ -^-^- + 0,1,
ЛР Лисх
где Ксх—отношение Na2OKK (Na2Oy-|-Na2OK) в исходном оборот-
ном растворе;
Кр — отношение Na2OK к (К2Оу-ТК2О'к) в равновесном ра-
створе;
С — содовое число, выражаемое отношением числа молей соды
в исходном растворе к числу .молей окиси кальция в раз-
лагаемых алюминатах;
1—стандартное извлечение глинозема, %;
0,1—коэффициент, учитывающий приближение состава раствора
к -равновесному состоянию.
Для решения практических -задач на рис. 18 приведено графичес-
кое изображение замкнутого технологического цикла переработки
алюмннатно-кальциевых шлаков и спеков -на глинозем. Цикл состо-
ит из следующих основных операций: .выщелачивания, карбонизации,
упаривания, разбавления. Состав оборотного раствора для выщела-
чивания соответствует точке 1. Он характеризуется степенью каусти-
фикации Ki и количеством глинозема, (поступающего в оборот. Про-
Рис. 18. Технологический цикл -переработки
алюмииатио-кальциевых шлаков -и -спеков на
глинозем в .системе Na2O—СаО—Д1-..О8—СОа—
НгО
цесс выщелачивания, сопровождаемый каустификацией соды, изо-
бражается линией 1—2, Состав алюминатного раствора после вы-
щелачивания по 'содержанию Na2OK и Na2Oy отвечает точке 2, а со-
держание A12OS определяется заданным каустическим модулем.
Изменение состава растворов при карбонизации, сопровождае-
мое некоторое упаркой, происходит по линии 2—3. Положение точ-
ки 3 определяется глубиной карбонизации. При упаривании маточ-
ного раствора состав его 'изменяется по лучу ОК3 до точки 4.
Глубина упаривания, а следовательно, и положение точки 4, зависит
от количества воды, вводимой в процесс для промывки шлама и гид-
роокиси‘алюминия. Разбавление оборотного раствора промывными
водами показано линией 4—1. В точке 1 цикл замыкается.
10. Частная система изотермы равновесных состояний СаО —
А12О3— Na2O—СО2 — Н2О для алюминатных растворов
сак=1,65 [41]
По числу компонентов система является пятерной. Пренебрегая
концентрациями СаО в растворах вследствие ничтожно малой их ве-
личины и задавшись последованием растворов с постоянным моле-
кулярным отношением
Na2O 1 «к
Жг1’65=«-
составы равновесных растворов могут быть выражены через кон-
центрации Na2OKM СО2, или иначе — через Na2OK и Na2Oy. Так,
изображены составы равновесных содово-алюминатных растворов на
рис. 19 и 20.
За стабильную твердую фазу в той или иной области составов
алюминатных растворов принималось соединение, которое будучи
введено в растворы, не меняло их состава. По диаграмме можно
судить о различных превращениях карбонатных соединений в алю-
минатных растворах с ак=1,65 [см. рис. 19 и 20].
Рис. 19. Границы поля СаСОз при
180°С:
I — поле СаСО8; II — поле двойной
соли углекислого иатрня с углекис-
лым кальцием; III — поле гидро-
алюм.ината кальция
Рис. 20. Сводная диаграмма
границ поля СаСОз для ТО,
95, 205°С
На диаграммах не отражена концентрация А120з в растворах, так
Как при постоянном ак = 1,65 она выражается через концентрацию
Na2OK. На рис. 19 показана кривая составов растворов, разграни-
чивающая при 180°С области существования различных твердых
фаз. При введении СаО в растворы области I происходит реакция
каустификации соды с образованием устойчивой фазы СаСОз. С
растворами области III СаО взаимодействует по реакции
3 Са (ОН)2 + 2 NaAlO2 + 4 Н2О = 3 СаО • А12О3 6 Н2О + 2 NaOH.
Содово-алюминатные растворы, лежащие в области II, вначале
каустифицируются Са(ОН)2 с образованием СаСО3. Последний вза-
имодействует с оставшейся в растворе содой, в результате чего в
осадок выпадает двойная соль углекислого натрия с углекислым
кальцием.
Аналогичны по характеру кривые, разграничивающие области
существования указанных твердых фаз, показаны на рис. 20*. С
повышением температуры снижаются равновесные концентрации
соды на кривых каустификации. Следовательно, при содово-извест-
ковом выщелачивании не может произойти декаустификации едко-
го натра в процессе автоклавной варки.
Рис. 21. Растворимость соды в
обороти ых алюмин ятио-щел оч-
ных растворах три температуре
кипения их 'Под атмосферным
давлением (а —3,5 4- 3,8)
11. Изменение концентрации соды в оборотных алюминатно-
щелочных растворах прн упаривании [42]
Растворимость соды резко снижается с увеличением концентра-
ции оборотного раствора. Органические примеси благоприятствуют
пересыщению растворов содой, поэтому содержание последней в
производственных растворах примерно на 1,5—2% выше равновес-
ного.
12. Взаимодействия, происходящие при гидрохимических процессах
переработки бокситовых шихт по способу спекания
Выщелачивание спека
Раствор едкого .натра разлагает 2CaO-SiO2 по схеме:
2CaO SiO2 + 2NaOH + a q Z Na2SiO3 + 2Ca (OH)2 + aq.
* Кривые, установленные статистическим методом, которые разграничивают
поля устойчивости СаСОз и персонита, несколько расходятся с данными
М. Г. Лейтейзеи и др. [160].
Равновесная ‘концентрация SiO2 в растворе, отвечающая этой
обратимой реакции, мала, отчего взаимодействие сдвинуто справа
налево. Наличие же в растворе алюмината натрия активизирует
эту реакцию вследствие связывания растворенного Na2SiO3 в нера-
створимый алюмосиликат натрия
2 NaA102 + 2 Na^iOa + 4 H2O->-Na2O- А12О3-2 SiO2-2 H2OJ+ 4 NaOH
и вывода Ca(OH)2 из сферы реакции с образованием из него осад-
ка ЗСаО-А2О3-6Н2О.
При наличии в алюминатном растворе соды двухкальциевый си-
ликат реагирует с ией
2 CaO-SiO2 + 2 Na2CO3 + Н2О 2 СаСО3 + Na2 SiO3 + 2 NaOH.
Отвечающая этой реакции равновесная концентрация SiO2 в
растворе представляет заметную величину. Образовавшийся си-
ликат натрия взаимодействует с алюминатом натрия и в твердую
фазу выделяется Na2O-Al2O3-2SiO2-2H2O.
При определенных условиях (/~50°С) образующийся трехкаль-
циевый гидроалюминат связывается с кремнеземом алюминатного
раствора в твердый раствор состава 3CaO-Al2O3-nSiO2-mH2O [115].
По другим исследованиям [9], главная часть остатка от выще-
лачивания бокситовых спеков, представленных Р-двухкальциевым
силикатом, состоит из твердого раствора ЗСаО-А12О3-6Н2О и
ЗСаО • А12О3-8SiO2.
По данным работы [43], основными продуктами взаимодействия
двухкальциевого силиката с бессодовыми алюминатными раство-
рами являются гидроалюмосиликаты кальция, состав которых бли-
зок к формуле ЗСаО-Al2O3-.l,5SiO2-4H2O.
Противоречивы взгляды о ‘влиянии соды на разложение двух-
кальциевого силиката.
Согласно данным работы [15], в присутствии соды разложение
двухкальциевого силиката протекает с большей скоростью.
Имеется указание, что сода в алюминатном растворе оказыва-
ет противоположное, т. е. тормозящее действие на скорость разло-
жения р-двухкальциевого силиката [9].
С ростом в растворе концентрации А12О3 повышается предель-
ная метастабильная растворимость в нем кремнезема, что увели-
чивает степень разложения двухкальпиевого силиката, а также ус-
коряет эту реакцию.
Реакция разложения двухкальциевого силиката характеризуется
следующими особенностями [115]. При выщелачивании тонкоиз-
мельченных бокситовых и нефелиновых спеков разложение двух-
кальциевого силиката в период растворения алюминатной фазы про-
исходит с большой скоростью, соизмеримой со скоростью растворе-
ния этой фазы, но сильно замедляется после завершения ее раст-
ворения. Кинетика перехода кремнезема в алюминатные растворы
при выщелачивании тонкоизмельченного спека подчиняется урав-
нению
ki ci • т Cq
,7----5
4 у т +141 a t
а .при контактировании со шламом уравнению
q __ k^-aXCo
А + Л<> а х ’
где А—содержание окиси алюминия ,в растворе в данный момент
процесса, г/л;
а — содержание в навеске спека или шлама SiO2, г/л раствора;
С — содержание кремнезема в растворе в данный момент ра-
створения, г/л;
Со — содержание кремнезема в растворе, г/л, соответствующее
предельной метастабильной растворимости;
X — продолжительность, мин.
Значения kt и к2 при разных температурах таковы:
Температура, “С..................... 50 70
А. 10-1 ........................... 2,66 3,61
As-Ю-3 ............................ 8,89 —
95
4,56
Значение *, получено для алюминатных растворов, содержащих 89—97 г]л А1»О,,
А2 — 74—97 г/л A12OS.
Предельная метастабильная растворимость кремнезема Со в алю-
минатных растворах, имеющих концентрацию выше 50 г/л А12Огпри
«к =1,7 4-1,9, находится по формуле
Со = 2 -f- 1,65 п (п — 1),
где п — содержание окиси алюминия в растворе, уменьшенное в
50 раз [116]. Кинетика процесса имеет диффузионный характер.
Разложение двухкальциевого силиката алюминатных спеков про-
исходит при отсутствии в растворах, применяемых для выщелачи-
вания, необходимого количества кремнезема, отвечающего пределу
его метастабильной растворимости в получаемых алюминатных
растворах. Разложение двухкальциевого силиката тормозится или
прекращается, если отсутствуют условия для обескремнивания
получаемых насыщенных кремнеземом алюминатных растворов, на-
пример при низкой температуре выщелачивания
Карбонизация алюминатного раствора
Эта операция характеризуется следующими физико-химическими
процессами:
4) нейтрализацией щелочи углекислотой;
2) кристаллизацией гидроокиси алюминия;
3) обескремниванием раствора с выпаданием в осадок гидро-
алюмосиликата натрия;
4) образованием и разрушением щелочных гидроалюмокрабона-
тов состава Na2O-А12О3-2СО2-пН2О, которые в конце карбониза-
ции в определенных условиях выпадают ,в осадок [53, 54].
Кинетическая кривая кристаллизации гидроокиси алюминия при
карбонизации раствора без предварительного .внесения ® него зат-
равочного осадка имеет S-образный .вид, указывающий на автока-
талитический характер процесса. Образующиеся кристаллические
частицы А1(ОН)3, являясь центрами кристаллизации, ускоряют
процесс. В обычных условиях карбонизации раствора с црименени-
ём больших количеств затравки скорость кристаллизации А1(ОН)з
пропорциональна пересыщению раствора в первой степени. Лишь
в самом конце карбонизации эта закономерность нарушается, не-
видимому, в связи с тем, что гидроокись алюминия образуется в
большей степени в результате разрушения щелочных гндроалюмо-
карбонатов. Полученная карбонизацией алюминатного раствора гид-
роокись алюминия в производственных условиях представлена
гидраргиллитом, а по последним дапным, частично также и бай-
еритом [126, 127].
При карбонизации алюминатных растворов, особенно в конце
процесса, выпадает в осадок алюмосиликат натрия, загрязняющий
гидроокись алюминия кремнеземом и щелочью.
При карбонизации алюминатных растворов в определенных ус-
ловиях образуется осадок алюмокарбоната натрия состава Na2OX
ХАЬОз^СОг-пНгО [53]. Образованию этого соединения способст-
вует (низкая каустическая щелочность среды, повышенная концент-
рация углекислого натрия, высокая температура и отсутствие за-
травки гидроокиси алюминия в карбонизируемом растворе.
В свете приведенных данных допускается [9], что при карбони-
зации алюминатного раствора на границе газового пузырька с ра-
створом образуется алюмокарбонат, который при срыве пленки раз-
рушается по реакции
Na2O • А12О3 • 2СО2 • п Н2О + 2 NaOH + a q = 2 Al (ОН)3+2 Na2 СО3+я q.
Когда Na2OK в растворе остается мало, алюмокарбонат перестает
разлагаться и выпадает в осадок.
С процессом образования алюмокарбонатов приходится считать-
ся в производстве глинозема из нефелина при повторной глубокой
карбонизации части раствора до 10—15 г/л бикарбоната, направля-
емого для получения поташа и содопоташных продуктов. Для сни-
жения содержания алюмокарбоната в осадке, выпадающем при
этой карбонизации, рекомендуется удлинение времени процесса и
применение затравки из гидроокиси алюминия [54].
Для получения осадка гидроокиси алюминия, оптимального по
крупности кристаллов и химическому составу, для карбонизации
применяется возможно глубоко обескремненный раствор. Процесс
ведут с хорошим перемешиванием в течение 6—8 ч при 70—80°С,
применяя затравку из гидроокиси алюминия от предыдущей опера-
ции.
Для карбонизации применяют печной газ, содержащий 10—14%
СО2. Степень поглощения газа определяется интенсивностью газа-
ции, глубиной погружения барботеров, дисперсностью газовых пу-
зырей, температурой раствора и газа, концентрацией в растворе
Na2OK. В конце карбонизации при снижении концентрации щелочи
до 10—20 г/л Na2OK поглощение газа заметно зависит от каусти-
ческого модуля, при котором происходит разложение раствора: чем
ниже модуль, тем слабее поглощение газа. Чтобы иедопустить рез-
кого падения степени поглощения газа, а также уменьшить коли-
чество мелкой фракции (<10 мкм) в осадке гидроокиси алюминия,
целесообразно в конце карбонизации снизить интенсивность га-
зации.
13. Система Na2O — А12О3 — SiO2 — Н20
Кривые на рнс. 22 показывают общий характер поведения SiO2
в растворе алюмината натрия при 80—90°С [45]. Концентрация
кремнезема зависит от продолжительности взаимодействия. Содер-
жание его в первые 1—3 ч резко повышено по сравнению с содер-
жанием в равновесном растворе. Кривые 1 и 2 отвечают содер-
жанию кремнезема в растворах с “к<2 при 70°С. Кривая 1 пред-
ставляет равновесные концентрации SiO2 в зависимости от содер-
жания А12О3 в растворах. Ниже этой кривой находится область
растворов, не насыщенных щелочным алюмосиликатам. Поле между
кривыми 1 и 2 отвечает растворам, в которых кремнезем находится
в метастабильном равновесии. Такие растворы долго стоят без за-
травки, не выделяя в осадок гидроалюмосиликат натрия. Выше кри-
вой 2 находятся составы растворов, пересыщенных кремнекислотой,
из которых она мгновенно выпадает в осадок.
Рис. 22. Границы трех об-
ластей взаимодействия крем-
не кислоты >с низкомодульны-
ми (кривые 1 и 2) и высоко-
модульными (кривые 3 и 4)
алюминатными растворами
Кривые 3 и 4 отражают поведение кремнезема в растворах с
ак =9н-12 при 90°С. Кривая 3 является равновесной по растворимос-
ти алюмосиликата натрия. Составы растворов между кривыми 3 и
4 находятся в метастабильном пересыщенном алюмосиликатом
натрия состоянии. Из растворов составов выше кривой 4 выпадает
осадок кремнекислоты до тех пор, пока содержание в них SiO2 не
достигнет этой кривой.
Расположение кривых 1 и 2, 3 и 4 показывает, что максимально
возможное содержание SiO2 (кривые 2 и 4) и равновесное по кон-
центрации гидроалюмосиликата натрия (кривые / и 3) выше в вы-
сокомодульных растворах, чем в низкомодульных. Растворимость
гидроалюмосиликата натрия и SiO2 в пределах 79 и 90°С мало
изменяется, поэтому разница температур, при которых .построены
кривые, не искажает вывода данного сравнения. Кривые 2 и 4 в
зависимости от условий могут немного смещаться.
Для облегчения пользования кривой / приводим данные [117]
о содержании SiO2 в алюминатных растворах с «к= 1,8 4-2,0, по-
лученные после перемешивания их с добавкой силиката натрия при
70°С в течение 5—6 суток.
Содержание, е/л:
А12О8 ................. 22 48 81 99
SiO2 .................. 0,1 0,2 0,3 0,5
Растворимость гидроалюмосиликатов натрия .при 90°С в алю-
минатных растворах в зависимости от концентрации в них Na2OK
и А12О3 показана в табл. 60. [123]
Таблица 60
Равновесное содержание кремнезема в алюминатных растворах
различных концентраций в зависимости от изменения каустического
модуля с 1,7 до 25,0 при 00°С
Содержание, г/л Содержание, г/л
Na2O к А1,о« S1O, а । К Na2O к А120а SiO2 а К
124,4 102,2 0,70 2,01 262,0 17,6 1,26 24,56
126,3 52,1 0,36 4,00 350,5 332,0 5,4 1,74
127,1 29,3 0,31 7,16 358,8 156,7 1,85 3,78
126,3 17,9 0,43 11,64 364,3 86,8 1,22 6,93
126,3 14,3 0,48 14,57 356,5 59,3 1,19 9,92
123,2 9,8 0,73 20,74 356,5 37,4 1,18 15,72
251,9 244,2 2,3 1,70 365,8 25,4 1.74 23,76
246,5 98,2 0,69 4,14 449,5 107,4 3,13 6,91
250,3 590,0 0,64 7,00" 443,3 67,8 2,33 10,79
250,0 36,8 0,92 11,20 443,3 41,3 2,33 17,71
248,0 25,6 1,00 16,00 445,0 30,5 3,2 24,07
По табличным данным можно проследить за изменением равно-
весных концентраций SiO2 при переменных концентрациях А120з,
отвечающих различным постоянным концентрациям Na2OK> и при
переменных концентрациях Na2OK, отвечающих различным постоян-
ным концентрациям А12О3.
По данным работы [118], в алюминатных растворах в области
концентраций от 100 до 250 г/л Na2O к с «к=2 и «к=4 существу-
ют три структурно отличные разновидности гидроалюмосиликатов
натрия. Фаза III устойчива при температурах от 70 до П6°С в за-
висимости от состава раствора, по кристаллоструктуре она отно-
сится к группе искусственных цеолитов. Фазы IV и VI (содалиты)
характерны для определенных участков системы при 250 и 300°С.
Описание их приведено на стр. Ы4.
На рис. 23 нанесены области существования фаз III, IV и VI,
иа рис. 24 дана приблизительная диаграмма состояния системы
Na2O—А12О3—SiO2—Н2О (пренебрегается растворимостью SiO2)
для 80°С.
Все три структурные разновидности не имеют определенного
химического состава. Последний зависит от состава маточного ра-
створа и от температуры образования, что объясняется своеобраз-
ной кристаллоструктурной, характеризующейся пустотами или ка-
налами, через которые ионы и молекулы из раствора могут пере-
ходить в глубь решетки. Фаза III в области устойчивости фаз IV
и VI переходит в одну из них; фаза IV в области устойчивости фа-
зы VI преобразуется в нее. Обратных .процессов исследователям
осуществить не удалось [118]. Растворимость каждой фазы в об-
ласти своего равновесного состояния увеличивается с повышением
Рис. 23. Области об-
разования фаз III.
IV, VI для значений
а :
к
/—4; 2—?
150 Б, 200 250
МогО,г//!
Рис. 24. Приблизительная диаграмма
состояния системы Na2O -А12О3—SIOs—
Н2О (пренебрежено раствори-
мостью SiO2) для 80°С: А,—Л2 — кри-
вая .стабильности алюминатного рас-
твора; области существования фаз
обозначены номерами фаз
температуры. Если при повышении температуры выйти из области
устойчивости данной фазы, то она становится неравновесной, по-
степенно переходит в равновесную и растворимость снижается. Во
многих случаях образование гидроалюмосиликатов происходит че-
рез фазу III (цеолит), которая в зависимости от условий затем
превращается в фазы IV или VI (содалиты) [120; 121]. Фаза 111
обладает способностью к полному замещению NasO на СаО и более
высокой растворимостью в алюминатных растворах [Н8].
Не противоречат описанной природе осадков данные физико-
химических исследований гидроалюмосиликатов натрия, получен-
ных из высокомодульных алюминатных растворов [124]. Пред-
ставляют практический интерес две закономерности: 1) из алюми-
натных растворов (акяз 8) по мере повышения концентрации их с
260 до 500 г/л Na2OK в выпадающих осадках молекулярное отно-
шение SiO2: А12О3 снижается от 1,8 до 1,55 (при 70°С); 2) при
одном и том же содержании Na2OK осадки, полученные из высо-
Комодульных алюминатных растворов, характеризуются более вы-
соким молекулярным отношением SiO2: А12О3, чем осадки, получен-
ные из низкомодульных растворов |(при 70—0О°С).
Особый интерес для ведения автоклавных процессов выщела-
чивания глиноземсодержащих пород, загрязненных соединениями
кремнезема, представляет состав осадков, образующихся в систе-
ме Na2O—А12О3—SiO2—Н2О в растворах с «к = 1,65 4-1,70 при бо-
лее высоких температурах взаимодействия: 170—300°С.
При концентрации Na2O>15% состав кристаллизующейся фазы
IV: 3(Na2O-Al2O3-2SiO2)-Na2O-3H2O [50]. В тех же условиях, но
при концентрации Na2O в растворе 5—15% формула кристалли-
зующегося соединения, обозначаемая фазой VI,
3>(Na2O • А12О3 • 2 SiO2) • 2 NaA102 • 6 Н2О [52]
Последний алюмосиликат имеет низко- (1,10—250°С) и высоко-
температурную (300°С) кристаллические модификации, отличающи-
еся по данным рентгеноструктурного и дифференциально-терми-
ческого анализов.
Исследователи В. А. Бернштейн и Е. А. Маценок получили алю-
мосиликат 3(Na2O-Al2O3-2SiO2)-2NaA102-6H20 в том же темпера-
турном интервале при содержании в растворе 16,8% Na2OK- Алю-
мосиликаты: 3(Na2O-Al2O3-2SiO2)-Na2O • ЗН2О и 3(Na2O-Al2O3X
X2SiO2)-2NaA102-6H20 легко гидролизуются с образованием нор-
мального пермутита.
Если в системе Na2O—А12О3—SiO2—Н2О присутствует еще и
сода, могут образоваться осадки типа нормального канкринита. При
взаимодействии раствора: 200 г/л Na2OK, 40 г/л Na2O у и ак=
=1,3-4-11,4 .при 300°С с кремнийсодержащими минералами (В. А. Берн-
штейн и Е. А. Маценок) получен осадок по химическому составу
близкий к формуле
3 (Na2O А12О3 • 2 SiO2) Na2 СО3 - п Н2О.
На рис. 25 и 26 представлены кривые, характеризующие равно-
весное содержание SiO2 в натриевых и калиевых, а также смешанных
алюминатных растворах разной концентрации с ак = 1,65. Данные
заимствованы из работ В. А. Мазеля и А. А. Елисеевой (ВАМИ).
Физико-химические исследования гидроалюмосиликатов натрия
и калия [122], выделенных в одинаковых условиях обескремнива-
ния растворов, близких по составу к производственным алюминат-
ным растворам при получении глинозема из нефелинов по способу
спекания, показали следующее:
Д. Na-пермитут (цеолит) очень легко присоединяет алюминат
и карбонат натрия; К-пермутит присоединяет только алюминат ка-
лия. При обескремнивании натриевого и калиевого растворов крем-
незем выделяется в осадок содалитов алюминатов натрия и калия.
(Na2O • А12О3 • 2SiO2) m(Na2O • А12О3) • nNa2CO3 <?Н2О н
(К2О • А12О3 • 2SiO2)m(K2O - А12О3) • пН2О.
Количество щелочного алюмината, приходящегося на 1 моль про-
стейшего пермутита, в составе каждого соединения уменьшается с
повышением температуры от 105 до 220°С; для натриевого гидро-
алюмосиликата— с 0,18 моля до 0,08 моля Na2O-Al2O3 и для ка-
лиевого— с 0,19 моля до 0,08 КаО-АЬОз.
2. В условиях обескремнивания алюминатных раствбров гидро-
алюмосилнкат натрия легко приобретает кристаллическую структу-
ру, подобную структуре цеолита, которая .также легко перестраи-
вается в более плотную содалитоподобную структуру. В этих же
Рис. 25. Кривые равно-
весных концентраций SiCb
в натриевых и калиевых
алюминатных растворах с
ак = 1,65 при 150 (!) и
200°С (2) ; — калиевые
алюминатные растворы;
------натриевые алюми-
натные растворы
Рис. 26. Равновесная концен-
трация SiO2 в смешанном
калиевонатриевом алюмина-
тном растворе с концентра-
цией 125 г/л А1гОа и ак я
=1,65 для различных соот-
ношений в нем КгО и Na2O
при 160 •(/) и 200°С Х2)
условиях гидроалюмосиликат калия кристаллизуется медленно, при-
обретая структуру К-цеолита, остающуюся без заметных изменений
даже при высокой температуре обескремнивания.
14. Система Na2O — СаО — Д12О3 — SiO2 — Н2О
при 250—300°С
Знание состава растворов и равновесных им твердых фаз, об-
разующихся в системе, имеет большое значение для решения тех-
нологических и теоретических вопросов при осущствлении процес-
сов выщелачивания диаспоровых бокситов, гидрохимического спо-
соба производства глинозема из алюмосиликатных пород (способ
Пономарева — Сажина) и обескремнивания алюминатных раство-
ров в присутствии извести.
Изотермические разрезы системы при 250 и 300°С для отноше-
ния СаО: SiO2=l, представленные на рис. 27, а, б, позволяют на-
ходить состав жидкой фазы, отвечающий образованию определен-
ных твердых фаз [69, 70].
Растворимость окиси кальция в щелочных растворах при высо-
ких температурах небольшая (менее 0,01%), поэтому содержание
этого компонента в жидкой фазе не учитывается.
W
N' 1 / 1 P'S 7 / / / , 7 ' IP J Л
с— Ш А ю пи К-/в1 /шг/ ГШ С 1П
0, 6 0, Ь О, 2 fl > 2 2 Л 7 MW,?'
& sin ~/(J
Д'- IP7 ГП
п-' с Na, — Зи .... б
Рис. 27. Изотермический разрез системы Na,О—СаО—А1,Оа—SIO,—
Н,О при отношении СаО: SiO =;i:
а — при 250°С; б — при 300°С
На Изотермических разрезах показаны следующие твердые
разы: фаза I—Са (ОН)2; фаза //—Na2O-2CaO-2SiO2H2O. В нат-
риевокальциевый гидросиликат связывается кремнезем при щелоч-
ном выщелачивании алюмосиликатных пород по способу Понома-
рева—Сажина.
Фаза III —1(4—8) Na2O -ЗА12О3 7SiO2 • 2СаО • (6—7) Н2О. Состав
натриевокальциевого гидроалюмосиликата зависит от концентрации
раствора, с которым это соединение равновесно. При концентрации
в растворе 20% Na2O отношение к осадке Na2O: А12О3=4 : 3, при
содержании Na2O в растворе >35% указанное отношение удваи-
вается. В интервале концентрации 20—<35% Na2O отношение Na2O :
: А12О3 в осадке принимает промежуточные значения. Отношения
SiO2: А12О3 и SiO2: СаО в осадке устойчивы и не зависят от кон-
центрации раствора.
Фаза IV— 3(Na2O-Al2O3-2SiO2)-Na2O-3H2O. Соединение обла-
дает ярко выраженными гидролитическими свойствами. В первой
стадии гидролиз происходит до образования простейшего пермути-
та, также способного к гидролизу с замещением водой 73Na2O.
Фаза V—ЗСаО-Al2O3-SiO2-4H2O. Трехкальциевый алюмосиликат—
довольно устойчивое соединение. В растворах соды при температу-
рах выше 100°С оно разрушается с образованием кальцита и алю-
мосиликата натрия. По другим данным, 3CaO-Al2O3-SiO2-4H2O —
твердый раствор, образующийся в результате замещения воды в
трехкальциевом гидроалюминате ЗСаО-А12О3-6НгО на SiO2[107j.
Фаза VI—3(NaiO-Al2Os-2SiO2)-2NaAlO2-6H2O. Она существует в
двух модификациях. Низкотемпературная P-модификация кристал-
лизуется в интервале температур ПО—250°С, высокотемпературная
а-модификация — при 300°С. Фаза VI образуется также в системе
Na2O — А12О3 — SiO2 — Н2О (см. стр. 1 111).
Фаза VII—4CaO-3Al2O3-i3H2O — иивкоосновной гидроалюминат
кальция, фаза VIII —бемит А12О3-НгО.
На основании данных исследований фазового состава в систе-
ме Na2O—А12О3—СаО—SiO2—Н2О в разрезе СаО : S1O2= 1 выведен
фазовый состав при других значениях этого отношения.
Высокотемпературный процесс выщелачивания диаспоровых или
диаспор-бемитовых бокситов представляется в следующем виде. В
первую очередь СаО взаимодействует с TiO2, с образованием пе-
ровскита |[72]. Оставшаяся свободной окись кальция образует фа-
зы, характерные для системы Na2O—А12О3—СаО—SiO2—Н2О.
В широком интервале концентраций: 5—20% Na2O при ак =1,6—
1,7 и при недостатке свободной извести (CaO:SiO2<3) возникает
трехкальциевый гидроалюмосиликат 3CaO-Al2Os-SiO2-4H2O. Крем-
незем, не прореагировавший с СаО, образует щелочные алюмоси-
ликаты 3(Na2O-A12O3-2SiO2) -Na2O-3H2O при содержании Na2O>16%
или 3(Na2O-Al2O3-2SiO2)-2NaA102-6H20 при концентрации
Na2O<15%.
Граница кристаллизации того или 'иного щелочного алюмосили-
ката в зависимости от содержания Na2O в растворе, по-видимому,
установлена приблизительно, на что указывалось при описании че-
тырехкомпонентной системы (без извести). Если количество свобод-
ного СаО таково, что CaO:SiO2=3, то образуется только трехкаль-
циевый гидроалюмосиликат. Наличие соды и других солей в
растворе может изменить природу некоторых твердых фаз.
Приведенные данные о пятикомпонентной системе не освещают
процессов, происходящих при высоком содержании извести (СаО:
:SiO2>3). Исследователи [107], изучавшие обескремнивание при
разных дозировках извести, отмечают, что остающееся содержание
кремнезема в растворе при небольших добавках извести (СаО:
:SiO2<3) определяется растворимостью щелочных алюмосиликатов.
Влияние СаО на степень обескремнивания начинает заметно сказы-
ваться при дозировках более 3,0—3,5 молей на 1 .моль SiO2 в
пастворе. При введении в растворы свыше 6—7 молей СаО на
1 моль SiO2 содержание последнего в обескремненном растворе мо-
жет быть доведено до 0,02 г/л.
Высокие показатели обескремнивания объясняются [107] тем,
что в результате взаимодействия кремнеземсодержащего алюми-
натного раствора с различными повышенными дозировками СаО
получаются осадки, представляющие непрерывный ряд твердых
растворов двух соединений: ЗСаО-А12О3-6Н2О и ЗСаО-А12О3-
-Al2O3-SiO2-4H2O. Растворимость этой твердой фазы в алюминат-
ном растворе ниже, чем щелочных алюмосиликатов, причем она
уменьшается с увеличением в твердом растворе трехкальциевого
гидроалюмината, образующегося по 'мере повышения дозировки
извести. По другим данным [71], в процессе обескремнивания обра-
зуются твердые растворы ЗСаО-А12О3-6Н2О кремнеземистой и желе-
зистой разновидности типа гидрогранатов. Твердый раствор
ЗСаО-А12О3-6Н2О получается переменного состава. По исследовани-
ям более раннего периода, сложилось представление, что при вза-
имодействии кремнеземсодержащих алюминатных растворов с из-
вестью образуются алюмокальциевые гидросиликаты СаО-А12О3-
-2SiO?-2H2O '[15] или СаО-А12О3-l,7SiO2-H2O [9].
Таблица 61
Фазовый состав пятикомпонентиой системы в различных разрезах
при 250 и 300°С
Поля кристаллизации Темпера- тура, °C CaO:Si02
0 i 2 3
ВАС — Na2O IV II I, II I, II
AC —AD IV I, III I, III I, III
BAD —MN 250 IV I, IV I, IV I, iv
MN — KL IV IV, V IV, V V
KL — PQ IV V, VI V, VI V
PQ — ST VI VI, VII VI, VII VI, VII
ВАС — Na2O IV II I, II I, II
AC —AD IV I, III I, III I, III
BAD —MN 300 IV I, IV I, iv I, IV
MN — KL IV IV, V IV, V V
KL — PQ VI V, VI V, VI V
PQ-бемит VI VII, VI VII, VI VII, VI
15. Некоторые сведения о системе Na2O — AI2O3 — СаО — СО2 —
SiO2 —Н2О [125]
Отдельные сведения об этой системе приведены в связи с рядом
фактов, установленных при обескремнивании алюминатных раство-
ров известью.
В алюминатном растворе при малой концентрации SiO2 он нахо-
дится в виде Na2SiO3, образующего при обескремнивании твердые
растворы типа гидрогранатов состава 3CaO-Al2O3-nSiO2-mH2O.
Глубина обескремнивания алюминатного раствора зависит от содер-
жания Na2OK и мало зависит от концентрации А12О3.
С увеличением содержания углекислой щелочи в алюминатном
растворе снижается глубина обескремнивания его известью [107].
Это влияние резко сказывается только после достижения определен-
ного содержания углекислой щелочи [125]. Чем выше концентра-
ция алюминатного раствора, тем больше указанный предел содержа-
ния углекислой щелочи.
Кривая на рис. 28 устанавливает предельное содержание NaOy,
которое слабо влияет на обескремнивание известью алюминатных
растворов.
Рис. 28, Зависимость предельного
содержания Na2Oy, не влияющего
и а обескремнивание с добавкой
СаО, от концентрации алюминатно-
го раствора (<*к =11,65) при Ю0°С
(исходный кремневый модуль 396)
Добавка СаО производится в виде ЗСаО-А12О3-6Н2О.
Кривая является частью диаграммы системы Na2O—А12О3—
—СаО—СО2—SiO2—Н2О и по характеру аналогична кривой для
определения границ существования СаСОз и ЗСаО-А12О3-6Н2О в
системе Na2O—А12О3—СаО—СО2—Н2О (см. нижние ветви кривых
на рис. 19 и 20).
Химизм обескремнивания алюминатных растворов известью по
А. И. Лайнеру [125] представлен следующими реакциями:
1. 3 Са (ОН)2 + 2 Na А1О2 + a q * 3 СаО А12О3 • 6Н2О + 2 NaOH+a?;
2. З’СаО-А12О3-6 Н2О + п Na2 SiO3 + a q *
3 СаО • А12О3 • п SiO2 • т Н2О + 2 п NaOH;
3. Са (ОН)2 + 2 Na2CO3 + a q £ СаСО3 + 2 NaOH + a q
4. 3 СаО- А12О3-6'Н2О 4<3 Na2FCO3 + a q ^[ЗГаСО8"+
+ 2 NaA102 + 4 NaOH + a q.
5. 3 СаО-А12О3-п SiO2-m Н2О + 3 Na2 СО3 + a q * 3 СаСО3 +
+ 2 NaA102 + п Na2SiO3’+ 2 (2 — л) NaOH -f- a q.
ОёескреМиивающйя способность извести зависит of Ьеличины
области существования ЗСаО-А12О3-6Н2О, которая определяется ха-
рактером равновесных состояний в частной системе Ма2О—А12О3—
—СаО—СО2. Изотермы последней системы (см. рис. 19 и 20) по-
казывают, что равновесная концентрация Na2Oy повышается с по-
нижением температуры. Следовательно, чем ниже температура, тем
больше область существования ЗСаО-А12О3-6Н2О, являющегося
основой для связывания SiO2 из раствора в твердую фазу
ЗСаО-А12Оз-п5Ю2-тН2О, и тем выше при прочих равных условиях
обескремнивающая способность извести. Однако при большом со-
держании SiO2 в исходном алюминатном растворе и низком моле-
кулярном отношении CaO:SiO2 (одностадийное обескремнивание в
автоклавах) выделение кремнезема происходит благодаря выпаде-
нию щелочного алюмосиликата. При низком содержании в растворе
SiO2 и высоком отношении CaO:SiO2 (известковое обескремнивание
во второй стадии при атмосферном давлении) SiO2 выделяется в
осадок с образующимся твердым раствором типа гидрограната.
Первому процессу способствует повышение температуры и концент-
рации NaaOy, второму—понижение до определенного предела эгнх
величин.
Представления о процессах в системе Na2O—А120з—СаО—
—SiO2—Н2О подтверждают опытные данные о том, что в .опреде-
ленных условиях СаСОз является обескремнивающим алюминатный
раствор реагентом. Условия эти характеризуются повышенной кон-
центрацией Na2OK при которой СаСО3 разлагается на Са(ОН)2
и Na2CO3, причем суммарная концентрация вновь образовавшегося
углекислого натрия н бывшего в исходном растворе лежит в об-
ласти существования твердой фазы ЗСаО-А12О3-6Н2О.
Системы, определяющие физико-химические
превращения в нефелиновых и бокситовых
шихтах при спекании
16. Система А120з — Na2O
Сведения об алюминатах натрия приведены в работе [128].
Сильно щелочной алюминат 5Na2O-AI2O3 получен '[129] действием
окиси натрия иа глинозем. Лайнер [9] утверждает, что при замене
соды едкой щелочью взаимодействие с глиноземом начинается
около 600°С, причем получается моноалюминат, каков бы ии был
избыток щелочи.
При спекании глинозема с содой образуется моноалюминат нат-
рия Na2O-Al2O3. Температура инконгруентного плавления1 1550°С, а
по другим источникам — выше 1700°С '[130]. Моноалюминат натрия
претерпевает энантиотропное (обратимое) полиморфное превраще-
ние |[131] при 465—470°С. При низких температурах устойчива
тетрагональная модификация Na2O-Al2O3 с параметрами кристалли-
ческой решетки а=12,38А, с=13,4А. Высокотемпературная фаза
имеет кубическую решетку а=12,72А. По мнению других исследова-
1 Ииконгруентным называется плавление, при котором состав жидкой фа-
зы отличается от состава плавящегося вещества. Применительно к моноалю-
мииату натрия это явление обусловливается его разложением с испарением
щелочи.
Телей [132], низкотемпературная форма Na2O-Al2O3 имеет ортором-
бическую структуру с параметрами элементарной ячейки н=5,376А
О О ’
е=5,216А, с=7,075А; высокотемпературная — тетрагональную ре-
шетку с параметрами и=в=5,325А, с=7,058А. Моноалюминат нат-
рия имеет следующие показатели светопреломления Ng =1,580±
±0,003, Nm = 1,575+Ю,005, Л,„ = 1,566±0,005. Плотность 2,693 г!см3
[128].
Длительное выдерживание моноалюмината натрия при темпера-
турах выше 1150°С приводит к его частичному разложению (уле-
тучивание Na2O) с образованием соединения Na2O- 11А12О3 (0-А12О3).
Однако при температурах до 1250°С алюминат разлагается очень
медленно. Процесс заметно ускоряется лишь при высоких температу-
рах. Остаток, не растворимый при гидрохимической переработке алю-
мината натрия, состоит из кристаллов 0-А12О3 [56].
Кинетика разложения моноалюмината натрия при температурах
1250—1360°С в инертном газе описывается уравнением [134].
где а — степень разложения;
t — время;
k\ и п — постоянные, зависящие от температуры и дисперсности
зерен алюмината. Постоянные находятся из опытных данных. Зави-
симость от температуры выражается уравнением Аррениуса.
1g = *
4,576 1
где В — постоянная величина;
е—кажущаяся энергия активации, равная 57 ккал!моль.
В присутствии восстановителя (графита) при температурах 1100—
1300°С кинетика разложения подчиняется уравнению прямой [134]:
а = КЛ
К зависит от температуры и дисперсности алюмината. Кажущаяся
энергия активации равна 54 ккал/моль.
Недавно получено соединение Na2O-5Al2O3 [128] прокаливанием
смеси а-А12О3 и Na2O-Al2O3 при 1050°С. Пятиалюминат натрия по
структуре сходен с Na20-,HAI2O3. Высокоглиноземистый алюминат
натрия На2Оч1'1А12О3 относится к гексагональной системе с показа-
телями светопреломления Ао=.1,668; Ae = 1,630. Плотность
3,249 г/см3. Кристаллическая решетка характеризуется следующими
параметрами: й=5^9А; с=22,49А.
При температуре около 1300°С в восстановительной атмосфере
начинается улетучивание окиси натрия и перестройка решетки
0-фазы глинозема в решетку корунда [128]. С повышением темпе-
ратуры это явление усиливается и при 1700°С наступает полное пе-
рерождение в корунд.
Взаимодействие соды с А12О3 с усилением нагрева сильно уско-
ряется и при 1150°С завершается за один час. При спекании сме-
сей, взятых в молярном отношении Al2O3:Na2O до 1:3, выявилось,
что при 600°С образование алюмината заметно ускоряется, но выше
1000°С избыток соды замедляет процесс [9].
17. Система КгО — А12О3
Алюминат калия синтезируется спеканием смеси поташа и гли-
нозема в температурном интервале 900—1200°С. Установлено, что в
смесях, взятых в молярном отношении К2СО3: Л12О3= 1,2 и 3, обра-
зуется одно химическое соединение — алюминат калия состава
К2О-А12О3. Избыточная щелочь в процессе спекания улетучивается.
Алюминат, полученный в указанных условиях, отвечает молярному
отношению
К2о :А12О3 = (1,12 —0,91) :1 [2].
Алюминат калия кристаллизуется в кубической системе, имеет
показатель преломления ,603+0,005, кубическую решетку; по-
стоянная которой а=7,69А ’[4].
Алюминат калия при 512—529°С претерпевает энантиотропное
полиморфное превращение, при термическом разложении образует
К2О-11А12О3(Р—А12О3) -[571.
18. Система Na2O(Na2CO3) —Fe2O3
При всех температурах и любом молярном отношении
Na2CO3 : Fe2O3 получается метаферрит натрия Na2O-Fe2O3. Реакция
начинается при 500—700°С, проходит энергично при 800—850°С и
идет быстрее, чем образование алюмината натрия. При избытке
в исходной смеси соды наблюдается замедленное образование фер-
рита натрия, как и в системе Na2CO3—А12О3.
Температура плавления феррита натрия 1345°С [56]. При 1025+
+20°С феррит натрия претерпевает энантиотропное полиморфное
превращение с четко выраженным термическим эффектом [57].
При недостатке щелочи, частичном угаре и термическом разложении
из Феррита натрия образуется новая фаза. Для феррита калия
такой фазой является K2O-!llFe2O3 или f-Fe2O3. Имеются указания
о существовании Na2O-41Fe2O3 'в твердых растворах с Na2O-
•11А12О31[59].
19. Система Na2O(Na2CO3) —SiO2
Система характеризуется образованием четырех силикатов, тем-
пературы плавления которых можно оценить из диаграммы (рис.
29). Ортосиликат 2Na2O-SiO2 плавится инконгруэнтно Заштрихован-
ные участки отвечают твердым растворам. Образование силикатов
происходит при температурах 127—850°С в зависимости от струк-
туры кремнезема. Бокситовые шихты спекаются при 1100—1250°С,
т. е. при большем нагреве, чем нужно для быстрого взаимодействия
кремнезема с содой. Чем выше содержание кремнезема в натриевых
силикатах, тем они устойчивее.
Если реакция
Na8CO3 + 2 SiO2 = Na?O • 2 SiO2 + CO2
начинается при 127—227°С, то реакция
2 Na2 СО3 + SiO2 = 2 Na2O SiO2 + 2 СО2 ]
— при 627—727°С [135]. Реакции силикатов натрия с избытком
SiO2 термодинамически возможны при весьма низких температу-
рах; реакции с избытком соды идут при повышенных температурах;
сода с Кремнеземом взаимодействует быстрее, чем с А12О3 и Fe2O3.
Рис. 29. Диаграмма состояния системы
SiOa — Na2O
20. Система КгСЦКзСОз) — SiO2 [6]
Найдено три соединения: K2O-SiO2 с температурой плавления.
976°С, K2O-2SiO2—1036°С и K2O*4SiO2—765°С. Чем выше в сили-
катах содержание SiO2, тем они термодинамически устойчивее.
Реакции в смесях с большим содержанием кремнезема оказываются
возможными при более низких температурах, чем реакции в более
щелочных смесях [135].
21. Система СаО (СаСОз) —А12О3
Основные сведения о системе даны на диаграмме (рис. 30).
Действительный состав соединения 5СаО-ЗА12О3 отвечает формуле
12СаО-7А12О3 [60]. На рис. 31 приведены изменения термодинами-
ческого потенциала AZ в зависимости от температуры следующих
реакций i[135]:
3СаСО3 "Т" А1203 = 3 СаО* Д12О3 -|- 3 С02;
12СаСО34-7 А120з= 12СаО 7 А12Оз+ 12СО2;
СаСОз И” А12О3 — СаО А12О3 -ф- СО2;
СаСО2 -|- 2 AI3O3 ж СаО *2 А12О3 СО2.
Графические данные позволяют оценивать термодинамическую
возможность прохождения той или иной реакции при разных темпе-
ратурах. Добавка до 7,5% Ге20з от веса спека, а также 2% от веса
исходной смеси ускоряет образование алюминатов [136]. В кинети-
Рис. 30. Диаграмма состояния системы
СаО— А1гО, (новые формулы алюминатов
СигА? и САг, старые — CsAs и С3АЬ соответ-
ственно)
Рис. 31. Зависимость AZ°
реакций в системе СаСО8—
A1«OS от температуры
ческом отношении интересны данные [60, 137, 138, 139], по которым
при спекании СаСО3 и А12О3 независимо от соотношения между ни-
ми сначала всегда образуется СаО-А12О3 в сопровождении 12 СаО-
• 7А12О3.
22. Система СаО (СаСОз) —SiO2 [8]
Основные сведения о системе содержатся в диаграмме (рис.
32).
Термодинамические исследования {135] показывают, что реак-
ция образования CaO-SiO2 возможна, начиная с 575°К, 2СаО-
S1O2 — с 715°К, 3CaO-2SiO2 —с 785°К, ЗСаО-ЗЮг—с 890°К. Примеси
оказывают существенное влияние на кинетику образования кальци-
евых силикатов.
В производстве глинозема по способу спекания наибольшее
значение имеет P-2CaO-SiO2. Он образуется при нагревании бокси-
товых и нефелиновых шихт '[9]. Бетта-модификация ортосиликата
кальция не устойчива при температуре ниже 675°С, но в алюминат-
ных спеках она устойчива даже при полном их охлаждении. Соеди-
нение p-2CaO-SiO2 стабилизируется не только алюминатом натрия,
ио и другими примесями, например В2О3, Р2О3.
В некоторых способах производства глинозема выгодно ускорить
процесс перехода p-2CaO-SiO2 в y-2CaO-SiO2, так как он связан с
увеличением объема ортосиликата кальция на 10%. Например, шла-
ки и спеки с алюминатом и ортосиликатом кальция очень твердые,
[-[мельчать их в тонкий порошок трудно и дорого. Если же шлак
I
A,
0
800
2600
2400
2200
2000
/200
§ /600
& в
/400.
сао*р
0
^2570
юпо а'тРо0амит^р-Са0310£
'j3-CaOSiOz^3CaO-2SiOz -
J/nadKOcmu \
I___________
а-Рристоба-
мт^р
'а-Трис/имит-'а-СаО&Ог
-ot-CaO-SK^ *3CaQ-2SiOl-
tx-2Cao&Q'Cao
ЗСаО&ЦрСаО
a-2CaOSiO2
^fi-20a0Si0p
★3Ca06i02
N'
J3-2Ca06iO2*CaO
-cx-Mapy*J3-CaO-SlO2
fi-CaOSiOz'SCoO-
ppp -flpPOopg *,// CaO'OiQz
/2 1—
Si02
20
'2£10г
<S z-----------------s—
r-2Ca0 Si0z*0a0
40 /' fa V '
CaOSiOzI 2Ca0 Si0z I
3CaO-2SiO, 3CaOSiO2
% (по массе)
CaO
L
Рис. 32. Диаграмма состояния системы СаО—SiOa
или спек при охлаждении самопроизвольно рассыпается от пере-
хода |3-2СаО—SiO2 в у-2СаО SiO2, то отпадает необходимость в
дроблении и помоле этих материалов.
23. Система СаО—Fe2O3 [8]
Диаграмма состояния системы приведена на рис. 33.
Реакции начинаются при 800—900°С. Из смесей CaO:Fe2O3==2:l
при всех температурах образуется 2CaO-Fe2O3. Из смесей же с со-
отношением 1:1 получаются оба феррита кальция CaO-Fe2O3 и
2CaOFe2O3. При избытке в смеси Fe2O3 образуется CaO-2Fe2O3.
Образование твердых растворов в системе не наблюдается, все
ферриты кальция мономинеральны. При спекании окись железа в
ферритах кальция не диссоциирует. Все кальциевые ферриты пла-
вятся с разложением,
шо
1500
11400
|/<W
I 1200
$
1100
40 60
%(мол)
80 Ю0
Fej03
0 20
CaO
Рис. 33. Диаграмма состояния системы СаО—Fe2O3
24. Система Na2O—Л12О3— Fe2O3 [59]
Диаграмма состояния системы приведена на рис. 34.
Рис. 34. Схема фазовых полей системы №2О— Д12О—FetO,
Наибольший интерес представляет фазообразование при темпе-
ратурах 800—1250°С. Поведение системы может быть охарактери-
зовано взаимодействиями в частных системах. При молекулярном
отношении Na2O:7?2O3=.l в частной системе Na2O-Al2O3—Na2O-
Fe2O3 образуется непрерывный ряд твердых растворов из алюми-
ната натрия и феррита натрия. Если отношение Na2O : Д20з выше
единицы, то кроме указанных твердых растворов, в системе при-
сутствует фаза Na2O (или Na2CO3). При отношении Na2O:/?2O<l
в частных системах Na2O-Al2O3—Fe2O3 или Na2O-Fe2O3—Л12О3
образуется Два типа рядов твердых растворов. Один из соединений
Na2O-Al2O3 и Na2O-Fe2O3, другой — из Na2O-llAl2O3 (Р-А12О3)
и Na2O-llFe2O3(P-Fe2O3). Состав последнего ряда твердых раство-
ров колеблется: Л12О3 от 13,0 до 42,5%; Fe2O3 от 53,4 до 83,7%;
Na2O от 3,2 до 3,72%. Твердые растворы из Р-А12О3 и ₽-Fe2O3 воз-
никают также при разложении системы Na2O-Al2O3—Na2O-Fe2O3
от угара щелочи. Эти твердые растворы при гидрохимической
переработке не выщелачиваются и служат источниками потерь
Л12О3 и Na2O. При молекулярном отношении Na2O : /?203<0,09, кро-
ме твердых растворов Na2O-ll (Al, Fe)2O3, образуются другие
нещелочные разновидности окислов алюминия и железа.
P-Fe2O3 существует только в твердых растворах с Р-А12О3.
Твердые растворы Na2O-Al2O3—Na2O-Fe2O3 при нагревании или
охлаждении претерпевают энантиотропное полиморфное превраще-
ние в зависимости от состава при температурах от 450 (точка пре-
вращения Na2O-Al2O3) до 1024°С (точка превращения Na2O-
•Fe2O3).
25. Система К2О — А12О3 — Fe2O3 [57]
При нагревании образуются алюминаты и ферриты калия, кото-
рые дают непрерывный ряд твердых растворов. Отдельно взятые
К2О-А12О3, K2O-Fe2O3, а также их твердые растворы при 1200—
1300°С теряют повышенное количество щелочи по сравнению с ана-
логичными соединениями с Na2O, образуя
К2О11А12О3 (₽-А12О3) и K2011Fe203 (₽-Fe2O3).
В твердых растворах из К2О-А12О3 и K2O*Fe2O3 при термическом
разложении от возгона щелочи образуются твердые растворы из
р-А12О3 и |3-Fe2O3 переменного состава. По данным работ [141, 142],
при 1200°С К2О-ИЛ12Оз может растворить до 38% (мол.) КгО-
HFe2O3, а К2О->111'е2О3 — до 43% (мол.) К2О-1.1А12О3.
Наличие в спеке (3-А12О3 и (S-Fe2O3 и их твердых растворов при-
водит к потерям К2О и А12О3 при водно-щелочном выщелачивании.
Получены данные '[59] об энантиотропном полиморфном превра-
щении К2О-А12О3(529±20°С) и K2O-Fe2O3 (741±20°С) и взаимных
твердых растворов.
26. Система Na2O—Л12О3—SiO2 [143]
Схематическая диаграмма состояния системы дана на рис. 35. На
ней указаны температуры образования алюмодисиликата, алюмо-
тетрасиликата, алюмогексасиликата натрия. Алюмодисиликат натрия
Na2O-Al2O3-2SiO2 (NAS2) имеет четыре модификации. Обыкновен-
ный нефелин (|3-NAS2) с 1248°С и выше энантиотропно превращается
в изотропную кубическую a-форму (а-карнегиит). Последняя при
охлаждении энантиотропно при 687—692°С превращается в обычный
карнегиит триклинной системы (Р-карнегиит). Трудно идущее превра-
щение происходит в четвертую форму при 227°С. Алюмотетрасилика-
ту натрия Na2O-Al2O3-4SiO2 (NAS«) отвечает природный минерал
жадеит, мало изученный.
Алюмогексасиликат натрия Na2O-A12O3-6SiO2(NAS6) — природ-
ный минерал албит (натриевый полевой шпат) содержит в твер-
дом растворе калиевый полевой шпат с примесями FeO, Fe2O3 и
др.; устойчив ниже 900°С. В системе NAS2—NS—NS2 образуется
тройная эвтектика с температурой 76О°С, в системе NASs—NS меж-
Рнс. 35. Схематическое изображение диаграм-
мы состояния системы Na2O—Д12О8—SiO2
ду а-карнегиитом и NS возникают твердые растворы и температура
превращения Р-нефелина твердый раствор а-карнегиита
снижается с 1248 до П63°С.
Нефелин с альбитом образует ограниченный ряд твердых
растворов, чем объясняется избыток SiO2 в природном минерале.
Нефелин растворяет до 35% анортита (CaO-Al2O3-2SiO2), а также
калиофилит K2O-Al2O3-2SiO2, в результате чего в природном не-
фелине содержится 5—6%К2О. Спекание смесей в молярном отно-
шении Na2CO3:Al2O3:SiO2=l : 1 : п от 800 до 1200°С приводит к
образованию двух соединений в следующих молярных количествах
0,5nNa2O-Al2O3-2SiO2 и 0,5«Na2O-Al2O3. Механизм взаимодей-
ствий в системе Na2O—А12О3—SiO2 приведен в работе [9].
27. Система К2О—А12О3 — SiO2 [143]
Основные сведения об этой системе приведены в диаграмме
(рис. 36).
Соединение K2O-Al2O3-2SiO2 известно в двух модификациях.
Устойчивая выше 1540°С a-форма плавится при 1800°С. Природный
минерал калиофилит отвечает низкотемпературной Р-форме.
Алюмотетрасиликат калия K2O-Al2O3-4SiO2 имеет высокотемпе-
ратурную форму — природный а-лейцит, который при 620°С эиан-
тиотропно превращается в низкотемпературную P-форму с расшире-
нием на 2%. Природный Р-лейцит содержит Na2O и в меньшем ко-
личестве СаО и Н2О. Выветриваясь, он образует анальцим
Na2O-Al2O3-4SiO2-H2O или распадается на полевой шпат и муско-
вит или каолин, из которых возникают глины. Алюмогексасиликат
калия K20-A12O3-i6H2O существует в трех кристаллических фор-
мах. Высокотемпературная моноклинная форма представлена при-
родным минералом синидином, легко образует твердые растворы с
альбитом. Низкотемпературная моноклинная форма — природный
ортоклаз. Его твердые растворы с NAS6 являются важнейшими ка-
ли-натриевыми полевыми шпатами. Вторая низкотемпературная
триклинная форма KASC — распространенный минерал микроклин.
В качестве примесей содержит СаО обычно до 0,5—1,0% и малые
количества FeO, Fe2O3 и др.
Рис. 36. Часть диаграммы состояния системы К2О—AI2O3—SIO2
28. Система Na2O(Na2CO3) — СаО —SiO2 [8]
Диаграмма состояния системы приведена на рис. 37.
Первые два компонента одновременно связываются с кремнезе-
мом, образуя тройные соединения Na2O-2CaO-3SiO2 (плавится при
1284°С), 2Na2O-CaO-3SiO2 (плавится с разложением при 1141°С) и
Na2O-3CaO-6SiO2 (плавится с разложением при 1047°С).
Н. А. Тороповым и О. И. Аракелян получены тройные соедине-
ния 2Na2O-4CaO-3SiO2 и 2Na2O-8CaO-5SiO2, поля кристаллизации
которых не нанесены на диаграмму рис. 37. Соединение 2Na2O-
•8CaO-5SiO2 может образовываться при спекании содово-известня-
ковых бокситовых шихт и служить источником потери щелочи, так
как не разлагается при выщелачивании спека [57].
Рис. 37. Диаграмма состояния системы Na2O — СаО—SIOt
29. Система СаО — А12О3— SiO2 [144]
Диаграмма состояния системы приведена иа рис. 38.
Система характеризует взаимодействия при переработке на
глинозем бокситов и алюмосиликатов в процессе спекания или вос-
становительной плавки с известью (если в глиноземсодержащем
материале много окиси железа). Имеет два тройных соединения—
анортит CaO-Al2O3-2SiO2 (плавится при 1550°С) и геленит 2СаО-
•Al2O3-SiO2 (1590°С). Оба соединения не разлагаются при содо-
щелочном выщелачивании. Состав шихты в точке а при кристалли-
зации вначале выделяет 2CaO-SiO2. Состав жидкой фазы изме-
няется по продолжению прямой 2CaO-SiO2—а. В точке, где прямая
пересекает пограничную кривую полей первичной кристаллизации
2CaO-SiO2 и 5СаО-ЗА12О3, начинает выделяться пятикальциевый
трехалгоминат. Состав жидкой фазы, изменяясь, приближается к
эвтектической точке 14, в которой совместно кристаллизуются
2CaO-SiO2, 5СаО-ЗА12О3 и СаО-А12О3. Из фаз указанного состава
хорошо извлекается глинозем при щелочной обработке. В нежела-
тельном направлении происходят взаимодействия при исходной
смеси б. Вдоль пограничной кривой в —13 выделяются 2CaO-SiO2
и 2CaO-Al2O3-SiO2. В точке 13 выпавший геленит растворяется с
одновременной кристаллизацией 2CaO-SiO2 и СаО-А12О3. Состав
избыточной жидкой фазы изменяется до эвтектической точки 14, в
которой закристаллизовываются все соединения фазового треуголь-
ника : 5СаО • ЗА120з—2СаО • SiO2—СаО • А12О3.
В производственных условиях реакция в точке 13 не доходит до
конца; остающийся геленит резко снижает выход А12О3 при гидро-
химической переработке. По более поздним Данным, соединению
5СаО-ЗА12Оз приписывается немного отличный состав, отвечающий
формуле 12СаО-7А12О3.
Рис. 38. Диаграмма состояния системы СаО — А1гОа—SfO,
('новые формулы алюминатов СиА? и СА2, старые СВА3 м
CsAe соответственно)
30. Система Na2O— Fe2O3— СаО [57]
В системе Na2O—Fe2O3—СаО образуются двойные частные си-
стемы: Na2O-Fe2O3—2CaO-Fe2O3, Na2O-Fe2O;t—CaO-Fe2O3 и
N a2O • Fe2O3—CaO • 2Fe2Os.
Феррит натрия в них не взаимодействует с ферритами кальция
с образованием новых фаз. В системе Na2O-Fe2O3—2CaO-Fe2O3
эвтектическая точка отвечает составу' 53% Na2O-Fe2O, 47%
2CaO-Fe2O3 и имеет температуру плавления 1185±10°С. В системе
Na2O-Fe2O3—CaO-Fe2O3 эвтектическая точка приблизительно содер-
жит 40—50% Na2O-Fe2O3—50—60°/0CaO-Fe2O3 ,и обладает более
низкой температурой плавления, ~ 1100°С.
31. Система Na2O — А12О3 — СаО
При высоких температурах образуется два тройных соединения
3CaO-2Na2O-5Al2O3 и 8CaO-Na2O-3Al2O3 [145]. Однако как показа-
но в работе [146], при обычных температурах спекания (до 1400°С)
эти тройные соединения образуются с трудом.
При температурах спекания 1200—1300°С Na2O-Al2O3 с известью
каких-либо существенных изменений не происходит. При недостатке
в них соды наряду с алюминатом натрия может образоваться алю-
минат кальция.
32. Система СаО — А12О3 — Fe2Os [9]
При температурах 1000—1300°С и при количестве СаО, доста-
точном для связывания обоих окислов, последний реагирует с каж-
дым из них, давая ферриты и алюминаты кальция таких же соста-
вов как и при спекании порознь. При спекании 2CaO-Fe2O8 с
5СаО-ЗА12О3 (или с СаО-А12О3) до 1300°С не наблюдалось химиче-
ских реакций. При температурах начала плавления указанные ве-
щества реагируют с образованием тройного соединения браунмил-
лерита 4СаО-А12О3-Ре2Оз, для которого характерны твердые
растворы, непрерывные с 2СаО : Fe2O3 [8, 147] и ограниченные с
5СаО-ЗА12О3 и ЗСаО-Л12О3 [148, 149]. При спекании 2CaO-Fe2O3
с А12О3 или 5CaO-3Al2Os с Fe2O3 уже при 1000°С образуется смесь
кальциевых алюминатов и ферритов. Основность первоначального
феррита или алюмината при этом снижается.
33. Система Na2O—СаО—А12О3—Fe2O3
Частное взаимодействие при 1250°С между Na2O-Al2O3 и 2СаО-
•Fe2O3 приводит к образованию твердых растворов алюмината
натрия с ферритом натрия и алюмоферрита кальция типа браун-
миллерита—4CaO-iFe2O3-Al2O3 в виде твердого раствора с 2СаО-
•Fe2O3 [57]. Последняя фаза при гидрохимической обработке ие
разлагается и служит источником потерь глинозема. В системе
rNa2O-Al2O3—2CaO-Fe2O3 алюминаты кальция не образуются. Дру-
гие взаимодействия смотрите в тройных системах:
a) Na2O— А12О3 —СаО; б) Na2O — Fe2Os — СаО;
в) Na2O — А12Оа — Fe2Os; г) СаО —А12О3 — Fe2Os.
приведены ранее.
34. Система Na2O(Na2CO3) —А12О3 — Fe2O3 — SiO2
Поведение системы определяет взаимодействия, происходящие
при спекании боксита с содой (двухкомпонеитная шихта). При
спекании смеси Na2CO3, А12О3 и SiO2 образуются алюминат натрия
и алюмосиликат натрия—Na2O-Al2O3-2SiO2. При наличии в исходной
смеси Fe2O3 и при дозировке щелочи сверх необходимого на образо-
вание алюмината количества в спеке возникает Na2O-Fe2O3. При
обычной дозировке щелочи на отношение Na2O: (Al2O3+Fe2O3) =1
при спекании образуются алюминат натрия, алюмосиликат натрия и
феррит натрия. Между этими фазами могут происходить взаимо-
действия.
При спекании алюмосиликата натрия с алюминатом натрия но-
вых фаз не обнаружено. При спекании же алюмосиликата натрия с
ферритом натрия при 1000—1200°С '[9] образуется новая фаза, из
которой щелочь слабо извлекается. Наряду с этим происходит и
образование небольшого количества алюмината натрия. Указанным
взаимодействием могут объясняться повышенные потери щелочи
против стехиометрии на образование алюмосиликата натрия при
выщелачивании спека из содобокситовой шихты.
35. Система NasO — СаО — А12О3 — SiO2
Диаграмма состояния системы приведена иа рис. 39.
Пространственная модель системы представлена тетраэдром.
Плоскость треугольной формы, проходящая через пространственную
•модель >[158], имеет на двух вершинах соединения 2CaO-SiO2 и
СаО. Третья вершина представляет смесь Na2O и А12О3, отвеча-
ющую составу алюмината натрия. Эта плоскость (рис. 39) выражает
поведение частной системы Na2O-Al2O3—2CaO-SiO2—СаО, интерес-
ной для выяснения строения нефелинового спека.
Рис. 39. Схематическое изображение диа-
граммы состояния системы 2CaO-SIO,—
Na,О-Al,О,—СаО
Сторона треугольника 2CaO-SiO2—Na2O-Al2O3 представляет би-
нарную систему с эвтектической точкой 61% 2CaO-SiO2 и 39%
Na2O-Al2O3. Эвтектика (точка J) имеет температуру плавления
1405±10°С. За исключением небольшого количества твердого раство-
ра в 2CaO-SiO2, и также, вероятно, в Na2O-Al2O3, система
2CaO-SiO2—Na2O-Al2O3—СаО является тройной. Точка К представ-
ляет тройную эвтектику, приблизительный фазовый состав которой
56% 2CaO-SiO2, 16% СаО, и 28% Na2O-Al2O3. Температура 1355±
±10°С. Точка L представляет инвариантную точку для 3CaO-SiO2,
2CaO-SiO2, СаО и жидкости. Ей отвечает температура несколько
>>1355°С, которая является предельной для устойчивости 3CaO-SiO2.
Лайнер указывает [9], что поведение нефелиновом шихты при
спекании соответствует поведению системы СаО—2CaO>SiO2—Na2O-
•А12О3. Однако при большом избытке извести против необходимого
на образование 2CaO-SiO2 из расплава первым начинает кристал-
лизоваться 3CaO-SiO2. Этот силикат способен цементировать шлам.
Свободная известь вызывает набухание шлама и образование
гидроалюмината кальция при выщелачивании спека. Избыток Na2O,
при котором Na2O: (Al2O3+Fe2O3)>l, приводит к возникновению
тройного соединения типа mNa2O-nCaO-pSiO2, что повышает потери
щелочи при выщелачивании спека.
Установлено (159] значительное ускорение взаимодействий при
спекании нефелиновых шихт и увеличение интервала температур
образования спеков хорошего качества при добавках до 3% угля от
массы шихты.
36. Системы Na2O-Al2O3 — 2CaO-SiO2 и Na2O-Fe2O3 —2CaU-SiO2
Первая система — бинарная — с двойной эвтектикой (плавление
при 1405°С). Извлечение глинозема и щелочи из продуктов спека-
ния находится на высоком уровне: 94—96%.
Вторая система характеризуется превращениями, обусловлива-
ющими значительные потери щелочи при гидрохимической перера-
ботке спека [57]. На участке, отвечающем содержанию 40—70%
2CaO-SiO2 и 60—30% Na2O-Fe2O3, наблюдается образование не рас,
творимого в щелочном растворе тройного соединения 2Na2O-8CaO-
•5SiO2 и феррита кальция 2CaO-.Fe2O3. Система имеет эвтектику с
температурой плавления ~ П00°С.
37. Система Na2O-Al2O3 — Na2O-Fe2O3 — 2CaO-SiO2 [57]
На диаграмме (рис. 40) ориентировочно показаны фазовые
поля. Поле первичной кристаллизации твердых растворов алюмина-
та и феррита натрия ограничено линиями Na2O-Al2O3——Э2—Na2O.
•Fe2O3.
Рис. 40. Схема фазовых .полей системы
NasO- FeEOa—2СаО- SiOs
Na2O-Al2OB—
Вне заштрихованного участка область 9i—2CaO-SiO2—Э2 яв-
ляется полем первичной кристаллизации 2CaO-SiO2. На линии
31—Э2 вдали от заштрихованной области выделяется эвтектика
твердых растворов с двухкальциевым силикатом.
На участках, прилегающих к заштрихованной области, наряду
с фазами первичной кристаллизации и их эвтектики, частично обра-
зуются 2Na2O-8CaO-5SiO2 и алюмоферриты кальция в виде твер-
дых растворов 4CaO-Al2O3-Fe2O3. В заштрихованной области пре-
обладает кристаллизация указанных соединений.
Алюмоферриты кальция и 2Na2O-8CaO-5SiO2 при гидрохимиче-
ской обработке спеков практически не разлагаются и служат источни-
ком потерь Na2O и А12О3.
Составы исходных смесей, находящиеся внутри области, оконту-
ренной пунктиром, имеют температуру плавления ниже 1250°С и
характеризуются малой термической площадкой спекообразования.
38. Взаимодействия при спекании шихт, составленных
на образование алюмината и феррита натрия, двухкальциевого
силиката и феррита кальция [51]
Взаимодействия, происходящие между Na2O-Al2O3 и Na2O-Fe2O3,
см. на стр. 123.
При спекании смеси, составленной из Na2O-Al2O3 и 2CaO-Fe2O3,
происходит образование твердых растворов по схеме:
п (Na2O-А12О3) + т (2 CaO Fe2Os) ->
(NaO-А12О3 -]-Na2O-Fe2O3) -I- p (4 CaO-Al2O3-Fe2O3-|-2 CaO X
твердый раствор твердый раствор
XFe2O3) [4,20].
В системе 2CaO-Fe2O3—Na2O-Fe2O3 не наблюдается образования
новых фаз. Система является бинарной с эвтектикой примерного
состава 1:1 и.температурой плавления ее ~ 1200°С.
При спекании смеси из Na2O-Al2O3, Na2O-Fe2O3 и 2CaO-Fe2O3
происходят химические взаимодействия обратимого характера, при-
водящие к образованию алюмоферрита кальция и феррита натрия.
В результате этого фазовый состав спека представлен двумя ти-
пами твердых растворов: алюмоферрита кальция 4CaO-Al2O3-Fe2O3
и Na2O-Al2O3—Na2O-Fe2O3, образующих эвтектику.
Плавкость системы снижается по мере приближения состава сме-
ся к эвтектической точке двойной системы 2CaO-Fe2O3—;Na2O-Fe2O3
с соотношением компонентов 1:1. Введение в указанную тройную
систему двухкальциевого силиката также приводит к возникнове-
нию эвтектической структуры.
Потери А12О3 обусловлены образованием алюмоферрита кальция
и кремнеземсодержащнх соединений, связывающих А12О3 и Na2O в
нерастворимую форму. Последние соединения образуются лишь при
высоком содержании в шихте SiO2 и Fe2O3.
При решении практических задач, возникающих в связи с исполь-
зованием шихт, составленных в расчете на образование
Na2O-Al2O3 — Na2O-Fe2O3 — 2 СаО • Fe2Os — 2CaO-SiO2,
в качестве первоначального ориентира можно пользоваться данными
о трехкомпонентной системе Na2O-Al2O3—Na2O-Fe2O3—2CaO-Fe?O3.
Фазовый треугольник этой системы разбивается на ряд областей (см.
рис. 41). В пределах каждой области извлечение А12О3 из спека
характеризуется примерно одинаковым уровнем. Чтобы оценить
величину извлечения окиси алюминия из спеков содержащих . на-
ряду с Na2O-Al2O3—Na2O-Fe2O3—2CaO-Fe2O3 H2CaO-SiO2, иеобходи-
мо процентный состав соответствующих точек этой системы пере-
считать на три первых компонента, приняв сумму их за 100%.
Затем в фазовом треугольнике Na2O-Al2O3—Na2O-Fe2Os—2СаО-
•Fe2O3 найти область, в которой находится пересчитанный состав.
Рис. 41. Области извлечения A1„OS в системе Na.O-ALO.-Na.O-
•Fe2Os—2CaO-Fe2O8
Цифры в кружках — извлечение А1аОв, %
Уровень извлечения глинозема будет отвечать области фазового
треугольника, в которой находится указанная точка.
РАЗДЕЛ ВТОРОЙ
ПРОМЫШЛЕННЫЕ СПОСОБЫ
ПРОИЗВОДСТВА ГЛИНОЗЕМА
Глава I
КРАТКАЯ КЛАССИФИКАЦИЯ ВИДОВ
АЛЮМИНИЕВОГО СЫРЬЯ
И СПОСОБОВ ЕГО ПЕРЕРАБОТКИ
1. Сырье для производства глинозема
Из многочисленных и широко распространенных горных пород,
содержащих окись алюминия, алюминиевым сырьем следует считать
лишь те породы, которые используются или могут быть использо-
ваны в определенных условиях экономически целесообразно для
промышленного производства глинозема (как единственного про-
дукта, так и в составе комплекса продуктов).
Химический состав глиноземного сырья основных типов приведен
в табл. 62.
iBoKCUTbi
Бокситы — это породы, которые в качестве основного минерала
содержат гидроокиси алюминия: гидраргиллит, бемит, диаспор
(безводная окись — корунд присутствует в бокситах редко н обычно
в небольших количествах). Перерабатываются обычно без обогаще-
ния; в некоторых случаях возможно обогащение простейшими
способами (отмывка глинистых фракций).
Мировое производство алюминия в настоящее время почти пол-
ностью базируется на бокситах. Бокситы, значительно разубожен-
ные водными окислами железа, глинистыми минералами ,и другими
силикатами, относятся к бокситоподобным породам (латериты,
бокситовые глины и др.).
При переработке высокожелезистых бокситов возможно попутное
получение чугуна или ферросплавов.
Щелочные Алюмосиликатные породы
Щелочные алюмосиликатные породы — это изверженные породы
(уртиты, нефелиновые сиениты и др.), содержащие в основном
богатые окисью алюминия щелочные минералы: нефелин, серицит,
СМ
CD
С5
Химическая характеристика основных типов промышленного сырья для производства глинозема
- «2 o°S -«о. выл модуль) 10—18 15—25 15—25 7,5—9 3,2—3,8 со 1 со 3,2—5,3 3—3,2
с
п. п. СО 7 С£ О ООО 77 —23 -25 -30 -17
о к С Ю CD 22- 24- оо о (М —<
о и
о О о с? 1 1 1 1 1 1 1
состав, 1 веществ SiO, 3—5,5 С* с 2—4 6-7 12—14 11-14 ЩОО 77 OS
м о и о -25 -22 ОО 77 С© т ю ОО S- 1 1
§ а g ф ГХн СО 1 ст> О ОО СО * СО 1 1 -Ф со
о” -58 -52 оо mm -46 1 СОЮ 77
< 53- 1 1 о см юю 42- 1 1 1 оо ^ю
ф ф о я я я и Ф Р* 5 е§ 03 г- Sg - S типичных месторождении СССР—Северный Урал, а а зз 5 j о 2 й = я Эч к s у 0J сх с Ь 8S < 6 g Суринам, Гвинея Венгрия Северо-Запад СССР СССР — Казахстан США — шт. Арканзас Северо-Запад СССР, Китай
Промышленная и минералогическая характеристика 0> g. eL о о о & о о 3 03 g S о ж о миногидратноги тина ^ди- аспоровые, диаспоро-бе- митовые)1 Боксит высокосортный гидпагиллито-бемитовый То же, гидраргиллитовый1 Боксит среднего качества (бемито-каолинитовый) Боксит низкосортный (бе- мито-гидраргиллито-као- линитовыи) То же, гидраргнллито- каолинитовый То же, маложелезистый То же, бемито-каолини- товый. маложелезистый
О
анортит, лейцит и др. Химической переработке могут под-
вергаться либо первичные породы, либо продукты механического
обогащения (концентраты или отходы после извлечения других
полезных минералов).
Щелочные алюмосиликатные породы представляют собой ком-
плексное сырье, так как при переработке дают наряду с глинозе-
мом большее или меньшее количество щелочных продуктов. Крем-
незем породы переходит в шлам, который служит выгодным сырьем
для производства цемента.
Из пород с высоким содержанием кремнезема (сиениты) часть
SiO2 может быть извлечена химическим путем («химическое обога-
щение») и затем использована для получения силикатных или
силикатно-щелочных продуктов.
Бесщелочные алюмосиликаты
Природные материалы: а) породы, содержащие окись
алюминия в виде минералов группы силлиманита: из этих пород
возможно получение богатых концентратов (например, кианитовый
концентрат); б) глины и каолины содержат окись алюминия в ос-
новном в виде минералов группы каолинита; некоторые 'из них мо-
гут быть обогащены отмучиванием.
Промыш леи н не отходы: золы каменных и бурых углей.
Золы, наиболее богатые окисью алюминия, представляют собой в ос-
новном продукт обжига межугольных глин. Отходы (шлам) в неко-
торых случаяк могут быть использованы в производстве строитель-
ных материалов.
В настоящее время бесщелочные высококремнистые материалы
для промышленного производства глинозема практически не ис-
пользуются.
Алунитовые породы
Полезный минерал — алунит представляет собой основной суль-
фат алюмииия-калия-натрия. При достаточно высоком содержа-
нии алуиита эти породы могут быть эффективно использованы для
комплексной переработки с получением глинозема, сульфата калия
и серной кислоты (нли других соединений серы).
2. Классификация способов производства глинозема
В классификационную таблицу (табл. 63) включены основные
способы, имеющие или имевшие ранее применение в промышлен-
ности а также некоторые процессы, изучавшиеся в полупромышлен-
ном масштабе.
Применимость основных способов производства глинозема для
переработки различных видов сырья показана в табл. 64 и на ди-
аграмме (рис. 42).
Положение точки на тройной диаграмме (см. рис. 42) отражает
массовую долю каждого из трех основных окислов, определяющих
технологический тип сырья (А12О3, Fe2O3, SiO2), выраженную в
процентах от их суммы. О влиянии содержания щелочей (см. табл.
64). Содержание Н2О, СО2, СаО, ТЮ2 и других окислов имеет вто-
ростепенное значение.
Таблица 63
Классификация промышленных способов получения глинозема
по технологическим признакам
Способы Основной отличительный признак
I. Металлургические (про- цессы Холла, Хаглунда) В результате восстановительной плав- ки руды все основные сопутствующие глинозему окислы (железа, кремния, титана) восстанавливаются до эле- ментарного состояния. Глинозем же отделяется в виде расплавленного шлака и очищается от примесей без перевода его в раствор. Способы ут- ратили промышленное значение
II. Химические Взаимодействием с химическим реа- гентом окись алюминия переводится в раствор и отделяется от нераствори- мых соединений сопутствующих эле- ментов. Чистая окись алюминия по- лучается при разложении растворимо- го соединения алюминия
А. Щелочные
1. Термические
а. Щелочное спекание
I) опекание двухкомпо-
нентной шихты:
руда — сода
2) спекание двухкомпо-
нентной шихты: ру-
да — сульфат натрия
с восстановителем
3) спекание трехкомпо-
нентной шихты ру-
да — сода — извест-
няк:
процесс с замкнутым
щелочным циклом
процесс с выдачей по-
путных щелочных про-
дуктов
Растворимое соединение алюминия —
щелочной алюминат
Окись алюминия руды переводится в
алюминат путем спекания или плав-
ления руды с необходимыми добав-
ками
В процессе спекания образуется ще-
лочной алюминат
Процесс утратил значение самостоя-
тельного промышленного способа
(вытеснен способом Байера)
Способ утратил промышленное значе-
ние
При переработке бесщелочных руд
При переработке щелочных алюмоси-
ликатов
Способы
б. Бесщелочная термиче-
ская обработка руды
1) спекание двухкомпо-
нентной шихты ру-
да — известняк
без восстановителя
(при незначительном
содержании в сырье
БегОз)
с восстановителем (три
значительном содержа-
нии БегОз)
2) (плавка с глубоким
восстановлением
Продолжение табл. 63
Основной отличительный признак
В (процессе обработки образуется
алюминат кальция; алюминат натрия
получается обменным разложением
при .выщелачивании спека (или шла-
ка) содовым раствором
/
электр отер мическая
плавка
доменная плавка
2. Гидрохимические
а. Процесс Байера
б. Содово-известковый ва-
риант (процесса Байе-
ра
в. Способы переработки
алунитовой породы
1) «аммиачный» процесс
При восстановительной плавке руд-
ной смеси окись железа вместе с
частью сопутствующих окислов (вос-
станавливается до металла (попут-
ный продукт)
Попутный продукт ферросилиций
Попутный продукт чугун
Окись алюминия извлекается в ра-
створ в виде щелочного алюмината
при обработке сырой или предвари-
тельно обожженной руды раствором
едкой щелочи.
см. стр. 185
см. стр. 191
2) «восстановительный»
процесс'
3) «замкнутый щелоч-
ной» процесс
г. Гидрохимический из-
вестково - щелочной
способ переработки
алюмосиликатов
Различаются по способу извлечения
SO3:
связанная с окисью алюминия трех-
окись серы <SOs(Aj ) извлекается из
обожженной породы водным аммиа-
ком; попутный продукт — сульфат
аммония-калия;
SOS(A) удаляется из породы путем
термического восстановления; попут-
ные продукты — серная кислота, суль-
фат калия;
щелочным раствором обрабатывается
сырая алунитовая порода; щелочь,
перешедшая в сульфат, регенериру-
ется термическим восстановлением
См. стр. 225
Ш>
и
Л
S
to
я
2
о
к
3^
У а ю
*2
и S
to
»
S
р
о
Я
о Й
t, s «гс
5 2
Т и
о s о *Э*£ °
р ±во #
2 £ о я и
Й о 2 to л Й
S S G
л о s”2 »
2л а н г.
н г ± а
О’* £ ’ Й о
“ a tf »
ип в « Й
Ё§ ag
ЛП О 2
S
о
л *
. g w я
Й Я Е
J3
s
to
-3
to
3
3
ГС 2
М ГС
S тч
11
to
»
Л
и
Л
й
2 | и Е Ч
§ 1 гс гз
л я и
гс з a sa
gge ®-
»о S § е
о в ев
a s я g о
S
я
К
§
3
3
к
д
к
Я
Е
ф
W
Я '
к
о о
* g
° о
S
я Я
° S
от
о
2
Я
Е
Яе
Sa
О
£
ОТ
я
Sa
о
к
Е
ф
я
S
s
Я S
о к
я« я
=. s
я я
Я I
S ОТ
09 о
g
I
и
D3
g
Я
Я
Я
Я
я
• Sa
ё?
gs
Sa
g
я
я
я
я
X
§
я
я
d>
й
я
я
W
о
2
Ок
Я
я
я
и
я
я
я
X
а>
2
я
о
Л
о
£
Е
О
О
§
Л
§
St
3
ь
s
л
S
н
S
S
Е
Таблица 64
Применимость основных способов производства глинозема к переработке различных
видов сырья (условные обозначения: 0 — данный способ непригоден; 1 — возможность
применения ограничена; 2 — способ применим; 3 — наиболее показан)
Виды глиноземного сырья Способы переработки
типы руды основные алюминийсодержащие минералы полезные компоненты разновидности щелочные кислотные и кислотно- щелочные
спекание гидрохими- ческие последова- тельно комби- нированный процесс
щелочное бесщелоч- ное
Бокситы и боксито- Гидроокиси алюми- AlgOg ’Низкокремнистые, 2 0 3 0 0
подобные породы ния (диаспор, бе- без корунда
мит, гидраргиллит), Высококремнистые 3 0 1 1 0
корунд и содержащие ко- рунд То же, маложеле- 2 2 1 3 0
зистые
Щелочные алюмо- Силикаты (нефелин, А13О3, R2O, SiO2* — 3 0 1 0 1
силикатные породы серицит, анортит,
и продукты их обо- гащения лейцит)
___________, Продолжение табл. 64
Виды глиноземного сырья I Способы переработки
ЭНН -ЬОЕЭТп-ОН1О1ГЭИМ И Э1ЧНХО1ГЭИЯ счо О
ooshodu 01ЧННВНОЙИНИ9 -ПОЯ ОЦЧЕЭ1 -ВЯОЙЭЬ'ЭОИ о о о о
3 а о эияээь -ииихойЯил о о о СО
ч ф S’ ф и м aoHhoir -ahioap о» 04 04 О
1 а ф 5 эоньокэтл 04 04 04 О
разновидности Маложелезистые Железистые 1 1
полезные компоненты * со о ей д’ со A12OS, SiO2* со о <л О СТ & д’ ст <
основные алюминийсодержащие минералы Каолинит и др. ми- нералы этой груп- пы Кианит и др. 1 Искусственные минералы | Алунит
типы руды Глины и каолины (сырые и отмучен- ные) Силлиманитовые и другие высикигли- ноземистые беаце-1 лочные концентра-! ты Золы каменных и бурых углей | Алунитовые породы
* Кремнезем является отягощающим производство компонентом, так как для вывода из процесса (в щелочных методах) ок
должен быть связан в двукальциевый силикат: последний, однако, в большинстве случаев может быть использован для про-
изводства цемента. При наличии химического обогащения часть кремнезема может быть также использована в виде попут-
ных силикатных продуктов.
Глава II
ТЕРМИЧЕСКИЕ СПОСОБЫ
ПРОИЗВОДСТВА ГЛИНОЗЕМА
Способ спекания, основанный на получении
щелочного алюмината
1. Общая характеристика
Из термических способов производства глинозема промышленное
применение имеет главным образом способ спекания, основанный на
получении алюмината натрия.
Сущность способа заключается в образовании при высокой тем-
пературе твердого алюмината натрия за счет окиси алюминия, со-
держащейся в сырье, н соды, переводе его в раствор и последую-
щем выделении из этого раствора гидроокиси алюминия.
Кремнезем, содержащийся в сырье, способен соединяться при спе-
кании с содержащимися в шихте окисью алюминия и щелочью в
алюмосиликат натрия (Na2O'Al2O3-2SiO2), что обусловливает при
гидрохимической обработке спека потери окиси алюминия и щелочи.
Поэтому в шихту добавляют известняк, который связывает кремне-
зем в. нерастворимое соединение — двукальциевый силикат (2СаО-
•SiO2).
Независимо от содержания и минералогической формы кремне-
зема в сырье связывание кремнезема в двукальциевый силикат по-
зволяет перевести окись алюминия, содержащуюся в сырье, в рас-
творимый алюминат иатрия.
По способу спекания можно перерабатывать сырье с (высоким
содержанием кремнезема. Чем выше содержание SiO2 в сырье, тем
больше известняка добавляют в шихту.
Способ спекания возможно применять к .различным видам алю-
миниевого сырья, тогда как гидрохимический способ может быть
эффективно применен лишь к бокситам с низким отношением SiO2
к А12О3. Но в промышленном масштабе способ спекания с получе-
нием алюмината натрия применяется в основном для переработки
двух видов сырья — высококремнистого боксита и нефелина.
Для низкокремнистых бокситов может быть применено спекание
боксита с содой без добавки известняка. В этом случае будут иметь
место потери А12О3 и Na2O на связывание с SiO2 в алюмосиликат
натрия, близкие к потерям при гидрохимическом способе производ-
ства глинозема. Однако при одинаковых потерях А12О3 и Na2O в
обоих способах более целесообразен гидрохимический способ.
В СССР разработан и применяется так называемый мокрый спо-
соб спекания: приготовление шихты путем мокрого размола и сме-
шения компонентов и питание печей спекания мокрой шихтой. Мок-
рый способ спекания обладает значительными преимуществами по
сравнению с сухим способом, ввиду чего последний не имеет в на-
стоящее время промышленного применения.
2. Технологические схемы производства глинозема из бокситового
и нефелинового сырья
Различие в технологических схемах производства глинозема по
способу спекания из бокситового и нефелинового сырья обусловли-
вается его химическим составом.
В состав боксита входят гидратные формы окиси алюминия,
окись железа, кремнезем в виде каолинита, кварца или аморфных,
форм, карбонаты кальция, окись титана и другие 'Соединения.
Бокситы характеризуются разнообразным отношением SiO2 к
А12О3 по массе. По способу спекания целесообразно перерабатывать
бокситы с отношением SiO2 и А12О3 не ниже 0,2, что соответствует
кремневому модулю не выше 5. Отношение Fe2O3 к А12О3 по массе в
бокситах колеблется в пределах 0,5—0Л.
Кроме основного сырья, в качестве вспомогательных исход-
ных материалов при переработке боксита применяют известняк и
соду.
В нефелиновом сырье (концентрате или нефелино-сиенитОвой ру-
де) содержатся нефелин, представляющий собой натриевый и кали-
евый алюмосиликат (Na,Юг O-Al2O3-2SiO2, полевые шпаты и при-
меси других минералов.
Для производства глинозема могут применяться также нефели-
новые концентраты или руды с содержанием щелочей ниже эквимо-
лекулярного отношения к окиси алюминия.
Характерная особенность нефелинового сырья — наличие в нем
щелочей и высокое содержание кремнезема. При переработке нефе-
лина по способу спекания комплексно используются все его основ-
ные составляющие — окись алюминия, щелочи и кремнезем. Из ще-
лочей получают соду и поташ; кремнезем в виде двукальциевого
силиката переходит в шлам, используемый для производства це-
мента.
В качестве вспомогательного материала при переработке нефе-
лина применяют только известняк.
Основные операции технологических схем производства глино-
зема по 'способу спекания из боксита и нефелина приведены на
рис. 43 и 44 и объяснены ниже.
Подготовка сырья состоит из операций, необходимых для
получения мокрой измельченной шихты с требуемым соотношением
компонентов.
В состав бокситовой шихты входят: боксит, известняк, свежая
сода для компенсации потерь щелочи в процессе, оборотный содо-
вый раствор и другие оборотные продукты.
В состав нефелиновой шихты входят: нефелин, известняк, обо-
ротные продукты и при недостатке щелочей в нефелине — оборот-
ный содо-поташный раствор.
Спекание — высокотемпературный обжиг шихты. В результа-
те этой операции образуется спек, состоящий из алюмината натрия
(и алюмината калия—при переработке нефелина), двукальциевого
силиката, феррита натрия и других соединений.
{робление
Мокрый размол *
шихты
Дробление
Спекание
i
I
Дробление
опека
$
выщелачивание м* шлам
кускового спека в отвал
и промывка шлама —
I
I
Упарка____
садового ,
раствора
Обескремнивание
алюминатного
раствора
Отделение
белого шлама
отраствора
Карбонизация
и выкручивание
I
й
Л
$
I
1
%
Отделение
гидроокиси
алюминия
отраствора
Фильтрация
и првмывка Вода
’ гидроокиси
алюминия
Кальцинация
гидроокиси
алюминия
| Гмиоз ем |
Рас. 43. Примерная технологическая схема производства
глинозема из боксита по способу спекания
Известняк
Не/релиновый
концентрат
.Дробление
I
Мокрый размол
известняка
-----Мокрый размол
шихть/
Спекание
I
Дробление
спела
выщелачивание
—•- опека а промывка
шлама
I
Шлам но
производство
цемента{
Обескремнивание
алюминатного
раствора
Отделение
белого шлама
отраствора
Карбонизация
и выкручивание
Отделение
гидроокиси
~ алюминия
отраствора
Фильтрация
Вода^ и промывка
гидроокиси
алюминия
I
Кальцинация
гидроокиси
алюминия
\Глинозем\
Выпарка содо-
поташного (
раствора
Кристаллизация
и разделение
, солей
Сушка Сушка
соды поташа
X л
I Сода | |ПЬташ\
Рис. 44. Примерная технологическая схема производства глино-
зема из нефелина по способу спекания
Выщелачивание спека. Цель этого процесса — перевод
в раствор твердого алюмината натрия (и калия). Нерастворимый
остаток (шлам) отделяют от алюминатного раствора и промывают
от удержанного им раствора.
Обескремнивание — процесс выделения из раствора при-
меси кремнезема, осуществляемое путем перевода его в нераство-
римое соединение — алюмосиликат натрия.
Карбонизация — разложение алюминатного раствора угле-
кислотой. Выделяющуюся при этом гидроокись алюминия отделя-
ют от маточного содового (или содо-поташного) раствора и промы-
вают.
Применяется также частичное разложение раствора путем в ы-
кр уч ив а кия — длительного перемешивания раствора с затравкой
гидроокиси алюминия, взвешенной в нем (подробнее см. на стр. 204).
Кальцинация — прокаливание гидроокиси алюминия до без-
водной окиси алюминия.
Выпарка оборотного содового раствора — процесс удаления из-
бытка воды из процесса. При переработке нефелина выпарку содо-
поташного раствора ведут до полного удаления воды и получения
кристаллической соды и поташа.
Способ спекания при производстве глинозема из нефелина име-
ет следующие особенности по сравнению с таковым при переработ-
ке бокситов:
1. В связи с высоким содержанием кремнезема в нефелине в
шихту вводят значительно больше известняка, и в спеке содержит-
ся повышенное количество двукальциевого силиката.
2. Образование алюминатов полностью или частично происхо-
дит за счет щелочей, содержащихся в нефелине.
3. В технологическом процессе участвуют соединения натрия и
калия.
4. Часть алюминатного раствора подвергается глубокой карбони-
зации для полного выделения А12О3 из содо-поташного раствора,
направляемого на выпарку.
5. Степень полноты отмывки шлама от удержанной им щелочи
определяется не только необходимостью сокращения потерь ее, но
и требованиями к составу шлама как сырья для производства це-
мента.
3. Аппаратурно-технологические схемы основных производственных
операций
Подготовка сырья
К подготовке сырья к процессу спекания относятся: разгрузоч-
но-складсКие операции, дробление сырья, дозировка компонентов
шихты, мокрое измельчение шихты и в случае необходимости — кор-
ректировка состава шихты.
Примерные схемы подготовки шихты приведены иа рис. 45 и 46.
Пояснения к схемам даны ниже.
Сырье поступает в железнодорожных вагонах на траншейный
грейферный склад вместимостью на 3—5-суточный запас. При боль-
ших потоках сырья устанавливают роторный или боковой вагонооп-
рокидыватель.
Сода
Приемный
смай
Силосы
Абтоматичесий
бесовой дозатор
Боксит Известняк
"ИГ" —I—
4—"-Приемсырья —- J
Крупное
дробление
\()50-0мм)
Среднее
дробление
\(вО-Омм)
Пробоотбирание
Оперативный
склад
Дозаторы
Мешалки
Бункера
Питающие
устройства
— Размол
\(907.<0,/мм)
Бассейны
Рис. 45. Производственная схема подготовки бокситовой
шихты для (процесса спекания
Дробление бокситовой или нефелиновой руды и известняка в
зависимости от их влажности и твердости осуществляется в одну.
Две и реже три стадии в молотковых дробилках с подвижной дро-
бящей плитой, щековых и конусных дробилках. Первая стадия
дробления может также осуществляться на руднике илн карьере
(схемы дробления и характеристика дробильно-.размолыюго обору-
дования приведены .в гл. VI, стр. .239).
На автоматической пробоотборной станции осуществляется не-
прерывный отбор, дробление и сокращение пробы.
Дробленый материал поступает на оперативный склад. Вмести-
мость его 20—30-суточный запас, который разбит на 3—4 штабе-
ля, выдаваемые в производство поочередно после химического ана-
лиза. Укладкой штабелей последовательными слоями и разработ-
кой их вертикальными срезами достигается усреднение состава ма-
териала, направляемого на переработку.
Питающие устройства во всех схемах — это питатель, ленточные
весц» автоматические весо’вые дозаторы.
Нефелиновый концентрат и сода перевозятся в вагонах типа
«Цемент» и хранятся в силосных башнях. Разгрузка вагонов в си-
лосы и дальнейшая подача на производство — пневматическая.
Возможна транспортировка и хранение соды в мешках.
Нефелиновый концентрат
(507.^0,1мм)
-----------j--------
Приемные) бункер.
Силосы
Питающие устройства
Размол
(957°^ 0,1 мм) -—
Бассейны
,________I
I Шихта на спекание |
^297, бла мости
Известняк
Прием известняка
I
Крупное Правление
(150-0мм)
I
Среднее Правление
(00-0 мм)
Провоотбирание
Оперативный склей
Бункера
Питающие устройства
_______ Размол
387°влажности \(00%*0,1мм)
Дозаторы
Мешалки
____________1____________
Вада, слабый содо-паташный
рост Sap, промывная вода, белый
шлам и скрубберная пульп о
Рис. 46. Производственная
вой шихты для
схема подготовки нефелине-
процесса спекания
Размольные агрегаты во всех схемах — многокамерные шаровые
мельницы, работающие в открытом цикле. Размол бокситовой ших-
ты одностадийный, нефелиновой шихты — двухстадийный. Первая
стадия — раздельные операции размола известняка и нефелиновой
руды, вторая — совместный размол с целью тщательного смешения
измельченных в первой стадии известняка и руды или известняка
и нефелинового концентрата.
Автоматизацией дозировки достигается стабилизация потоков
всех компонентов шихты. При отклонении от необходимого соотно-
шения компонентов шихты осуществляется корректировка ее соста-
ва на основе результатов анализа путем смешения необходимых ко-
личеств пульпы различного состава в вертикальных бассейнах с
воздушным перемешиванием.
Транспортные механизмы: для выгрузки сырья из складов —
мостовые краны с грейфером тяжелого типа, роторные и ковшевые
экскаваторы, бульдозеры и др.; для горизонтальной и вертикальной
транспортировки сырья—ленточные конвейеры; для питания дро-
билок и мельниц — тарельчатые или пластинчатые питатели с весо-
измерителями.
Автоматическое управление процессом приготовления шихты для
спекания осуществляется путем взаимосвязанного дозирования
компонентой системами автоматического регулирования Весовых
расходов. Расчет соотношении компонентов шихты см. иа стр. 166
и 1Z1.
Особенности подготовки нефелиновой шихты по сравнению с
бокситовой:
1) основное сырье — нефелин может поступать в виде порошко-
образного концентрата или в виде породы; 2) в шихту не вводят
в качестве компонента свежую соду; 3) расход известняка значи-
тельно превышает расход нефелина.
Спекание
Условия осуществления процесса. Спекание шихт,
содержащих окись алюминия, осуществляется путем обжига их во
вращающихся печах при температуре выше 1000°С.
Интенсивность и полнота взаимодействия реагирующих твердых
веществ шихты зависит от степени равномерности смешения этих
веществ, крупности частиц шихты и температуры спекания.
Спек состоит из соединений, образованных при взаимодействии
компонентов шихты в твердом и в жидком состояниях. В зависи-
мости от температуры спекания изменяется количество жидкой фа-
зы в обжигаемой смеси, а также прочность и пористость спека.
В низкотемпературной области реакции протекают в Твердой
фазе и продукт спекания представляет собой порошкообразный и
частично гранулированный материал.
При достижении температуры начала плавления шихты образу-
ется жидкая фаза в количестве, достаточном для связывания и оку-
скования спека; получается пористый спек.
При увеличении количества расплава происходит частичное за-
полнение им пор спека и образуется клинкер, обладающий повы-
шенной механической прочностью.'
При значительном увеличении количества (жидкой фазы образу-
ется оплавленный спек, характеризующийся высокой прочностью
и полным отсутствием пористости.
При наличии в шихте сульфата натрия (температура плавления
884°С) или при его образовании в процессе спекания проведение
процесса спекания осложняется образованием настылей на выхо-
де из печи и в холодильнике.
Оптимальные температурные условия спекания определяются
минералогическим и химическим составом сырьевых материалов и
соотношением компонентов шихты. Для спекания нефелиновой ших-
ты требуется более высокая температура при меньшем температур-
ном диапазоне в зоне спекания между температурой получения
годного спека и его оплавления, чем для спекания бокситовой
шихты.
Температура спекания: боксито-содо-изрестняковых шихт 1150—
1250°С; нефелино-изВестняковых шихт 1250—'1300°С.
Температура материала и газов в -печи спекания изменяется на
последовательно проходящих этапах технологического процесса:
обезвоживание мокрой шихты, нагрев материала, диссоциация изве-
стняка, опекание, охлаждение спека.
Температура материала повышается от начальной до темпера-
туры спекания и затем несколько понижается в конце печи.
Температура газообразных продуктов горения топлива, прохо-
дящих через печь, понижается от 1500°С в горячем конце печи до
200—ЗЙО’С на выходе из нее.
Удельный расход тепла зависит от влажности и состава шихты,
размера и производительности печи и составляет 1000—1500 ккал
на 1 кг спека.
Примерный тепловой баланс (на 1 кг спека) спекания мокрой
боксито-содо-известняковой шихты '(диаметром 4,5/5 м, длиной
100 л) приведен в табл 65
Таблица 65
Тепловпй баланс печи спекания
Приход тепла ккал % Расход тепла ккал %
Горение топлива 1300 86,5 На образование спека 300 20,2
Т еплосо держание 57 4,1 На испарение влаги и 555 37,3
ШИХТЫ перегрев водяных па-
Т еплосодержание воздуха 130 9,4 ров С отходящими газами 190 12,8
Со спеком 260 17,5
С уносимой из печи 22 1,5
ПЫЛЬЮ
В окружающую среду 90 6,0
Прочие потери 70 4,7
Всего 1487 100 Всего 1487 100
Основные химические превращения в про-
цессе спекания. Реакции, протекающие при спекании насы-
щенной боксито-содо-иэвестняковой шихты, могут быть схематиче-
ски представлены следующим образом:
А12О3 • Н2О + Na2CO3 = 2 NaAlO2 + СО2 + Н2О;
Fe2Os • Н2О + Na2CO3 = 2 Na FeO2 + СО2 Н2О.
В первый период обжига SiO2 реагирует с А12О3 и Na2O с об-
разованием алюмосиликата натрия и происходит частичная диссо-
циация СаСОз с образованием СаО.
Во второй, высокотемпературный период обжига-алюмосиликат
натрия разлагается с образованием алюмината натрия и двукаль-
пиевого силиката по следующей реакции:
Na2O • А12О3-2 SiO2 + 4 СаО = 2 NaAlO2 + 2 (2 CaO-SiO2).
Бокситовый спек состоит в основном из алюмината и феррита
натрия и двукальциевого силиката.
При спекании нефелино-известняковой шихты в первый период
обжига происходит частичная диссоциация СаСО3 с образованйем
СаО.
Во второй, высокотемпературный период обжига — нефелин
взаимодействует с СаО. При этом образуются главным образом
двукальциевый силикат и алюминаты натрия и калия по следую-
щей реакции:
(Na, К)2О • А12О32SiO2 + 4 СаО = 2 (Na, К) А1О2 + 2 (2CaOSiO2).
Нефелиновый спек состоит в основном из алюминатов натрия
и калия и двукальцие'вого силиката.
Системы, определяющие физико-химические превращения в бок-
ситовых и нефелиновых шихтах при спекании, см. в разд. I, гл. III.
Аппаратурная схема процесса спекания бок-
ситовой шихты (рис. 47).
Бокситовая шихта подается в печь путем распыла пульпы через
форсунки под давлением 10—20 ат, создаваемым плунжерным на-
сосом или группой последовательно работающих центробежных на-
сосов. В результате диспергирования шихты образуется большая
поверхность испарения, что способствует сушке пульпы во взвешен-
ном состоянии. Распыл пульпы в сочетании с отбойным устройст-
вом внутри печи предохраняет загрузочную часть печи от зараста-
ния, вызываемого наличием в шихте соды.
Для опекания бокситовой шихты применяются вращающиеся ба-
рабанные печи диаметром 3—5 м и длиной 50—100 м.
Производительность печи ограничивается объемом сушильной зо-
ны, определяемым длиной факела пульпы.
Нефелиновая шихта подается в печь налимом. В этом случае
сушильная зона с развитой поверхностью теплообмена в виде це-
пей не ограничивает производительность печи, что позволяет при-
менять печи длиной до 200 м.
При добавке в нефелиновую шихту оборотного содового раство-
ра предохранение загрузочной части печи от зарастания может
быть достигнуто введением в шихту угля. При .его частичном сго-
рании в сушильной зоне из шихты выделяются газы, препятствую-
щие настылеобразоваиию.
Топливом для печей спекания могут служить угольная пыль, ма-
зут или газ.
Подача угольной пыли производится пневматическим транспор-
том в бункер над печью из централизованной пылеугольной уста-
новки или индивидуальной углепомоль’ной мельницы, расположен-
ной вблизи печи. Угольная пыль из бункера подается шнековым
питателем в горелку и воздухом, нагнетаемым вентилятором, вду-
вается в печь. Мазут подается в печь с температурой 90°С механи-
ческими форсунками или распыляется паром.
Охлаждение спека от 1100 до 100°С осуществляется во враща-
ющемся барабанном холодильнике водой, орошающей холодильник
снаружи, и воздухом, продуваемым через него, или в колоснико-
вом .холодильнике воздухом, продуваемым через спек.
Нагретый воздух из барабанного холодильника или из первой
ступени колосникового холодильника поступает в печь. Воздух из
второй ступени колосникового холодильника после полной очистки
от пыли выбрасывается в атмосферу.
Удаление дымовых газов и пылула'вливание осуществляется си-
стемой последовательно соединенных аппаратов, состоящей из ба-
тарейного циклона, электрофильтра, дымососа и в некоторых слу-
чаях — скруббера, орошаемого водой. Пыль, улавливаемая в цик-
152
3
я
5
g 61S i «
я | м И
I §
S -- .
о
и
g
s
Е S s
= S в ч
к В 5 о 3
к К И и, К
з1
я
к
«
Я
л
£
3
* &
it
§ »
g
*5
s S «МП
й® ЯК|-О
I- п/ к
В S и n
§§atg
S 35E5i
*
F5 W и IU L7
I е.« . з«
I РчЯЙ
Я
Я ,« о Ф=Я
Я Ф Я я >>
- сЕЙв&а
5
C ?- a
й-я к
»ы я о
1 §£?
СГ H h
<у Я
И «
с ЙЙ
§
Й
й
S'*
Ф &
КЗ
Я Q
Й
s
я
3
rt
£НГ
яр S
ф ф О < °Э Й
2С Я г* Я со
S W « X .Г О
Л I 5 О.И TO
X J ^ccr.
й I So
M и
3
и
E
§
к
к
<3
s
®3.1 &
S О ,-t, t-H
«J Ф WtSj _ {-
и 5 ч? g R
я д 1? к *5 5
>?£&₽£«
3
gel в 5 S
Г. ° J. 7 Щ в
я
g
к
О d ф LT*^ а И iE
"^ч§-7 । е
ч и I 15
± ы 2
§§4,
О fc.°o
и
к =к £ X
5 £ S о <р >н м
Я И и я А« S-
лоне и электрофильтре и составляющая 10—30% от массы спека,
возвращается в печь через холодный и горячий ее концы. В случае
установки скруббера с целью дополнительного пылеулавливания
скрубберная пульпа после достижения плотности 1,3 направляется
на приготовление шихты.
Основная цель автоматизации регулирования работы вращаю-
щихся печей — стабилизация режимных условий процесса спека-
ния. Система автоматизации процесса спекания в печах с мазут-
ным или газовым топливом включает регулирование температурно-
го режима печи изменением подачи топлива в зависимости от тем-
пературы в начале зоны спекания, стабилизацию подачи пульпы в
печь и контроль состава отходящих газов и тяги в холодной го-
ловке.
Выщелачивание спека
Выщелачивание спека должно осуществляться в условиях, спо-
собствующих переходу в раствор алюмината натрия и разложению
феррита натрия по реакции
2 Na FeO2 + 2 Н2О = 2 NaOH + Fe2O3 • Н2О,
а также в условиях, препятствующих протеканию реакций разло-
жении двукальциевого силиката по следующим возможным схемам:
2 СаО SiO2 + 2 NaOH + Н2О = Na2SiO8 + 2 Са (ОН)2
или
2 CaOSiO2 + 2 Naa СО8 + Н2О = Na2SiO3 + 2 NaOH + 2 CaCOs
с дальнейшим образованием нерастворимого алюмосиликата натрия
по' реакции
2 Na2SiO3 + 2 NaA1O2 + 4 Н2О = Na2O А12О3 2 SiO2 2 Н2О + 4NaOH
и трехкальциевого гидроалюмината по реакции
3 Са (,ОН)2 + 2 №А1О2 + 4 Н2О = 3 СаО • А12О3 -6 Н2О + 2 NaOH,
что связано с потерями окиси алюминия в щелочи.
В результате частичного разложения двукальциевого силиката
и образования растворимого силиката натрия в алюминатном рас-
творе после выщелачивания содержится кремнезем в количестве,
соответствующем отношению по массе А12О3 к S1O2 .(кремневому
модулю) в растворе, равному 30—40.
При наличии в спеке феррита натрия (количество которого оп-
ределяется содержанием окиси железа в сырье) повышается ка-
устический модуль алюминатного раствора за счет щелочи, обра-
зуемой при выщелачивании спека. Это предохраняет раствор от
разложения и связанных с ним потерь окиси алюминия.
Каустический модуль алюминатного раствора можно также по-
высить, вводя щелочной раствор при выщелачивании спека. Каус-
тический модуль раствора повышается на 0,'1 при вводе 60 кг
Na2O на .1 т А12О3.
Выщелачивание осуществляют либо проточным методом (выще-
лачивание кускового спека), либо в мельницах с одновременным
измельчением.
Переработка бокситового спека осуществляется путем про-
точного выщелачивания кускового спека.
Проточное выщелачивание мелкодробленого кускового опека в
неподвижном слое осуществляется в вертикальных цилиндрических
аппаратах — диффузорах, соединенных в батареи по 10—13 рабо-
чих аппаратов в каждой. Диффузоры последовательно загружают
спеком и от них осуществляют отъем крепкого раствора. Во избе-
жание вскипания раствора вследствие экзотермичности процесса
выщелачивания осуществляют охлаждение содо-щелочного раство-
ра, направляемого в головной диффузор, и промежуточное охлаж-
дение раствора. В хвостовой диффузор подается вода, нагретая до
95°С, на промывку шлама.
Требуемый гранулометрический состав дробленого спека: мини-
мальное содержание крупной фракции (+8 мм) и пыли (—1 мм).
Основное положительное качество диффузионного выщелачива-
ния — осуществление в одном аппарате простой конструкции вы-
щелачивании спека, отделения шлама и промывки его от удержан-
ного им раствора. Недостатки этого процесса: периодическая рабо-
та аппаратов и значительная затрата ручного труда при неблаго-
приятных санитарно-гигиенических условиях.
Этих недостатков не имеет процесс выщелачивания мелкодроб-
леного бокситового спека в перколяционном конвейерном выщела-
чивателе. Этот аппарат состоит из подвижных перколяторов с пер-
форированными днищами, в которые загружается заданное количе-
ство опека (см. стр. 260). Выщелачиватель разбит на ряд последо-
вательных эон противоточного выщелачивания. В последнюю по
ходу выщелачивания зону подается горячая вода (95Х), в пред-
головную зону вводится содо-щелочной раствор. В результате вы-
щелачивания получается крепкий алюминатный раствор (170 г/л
А120з; «к = 1,5): температура раствора 85°С.
При проточном выщелачивании спек подвергается предваритель-
ному обеспыливанию на грохотах, а выделенная пыль — агитаци-
онному выщелачиванию при 75°С с последующей фильтрацией на
слое шлама конвейерного выщелачивателя или на отдельном фильт-
ре наливного типа.
Недостатки перколяционного конвейерного выщелачивателя: гро-
моздкость аппарата, необходимость промежуточных перекачек рас-
творов, малое заполнение перколяторов и значительное время пре-
бывания материала в аппарате.
Преимущества перколяционных конвейерных выщелачивателей
перед диффузорами: большая производительность аппаратов и луч-
шие условия труда.
Общий же недостаток указанных аппаратов для выщелачива-
ния кускового спека в неподвижном слое — относительно низкая
степень извлечения окиси алюминия (до 83%).
Направлением дальнейшего усовершенствования процесса вы-
щелачивания бокситового спека с целью повышения степени извле-
чения окиси алюминия и щелочи является двухстадийная обработ-
ка опека: первая стадия — выщелачивание мелкодробленого куско-
вого спека 'в конвейерном или трубчатом выщелачивателе (см.
гл. VI, стр. 261), вторая стадия — выщелачивание материала, по-
Лученного после первой стадии, путем мокрого размола в .мельни-
цах.
Отделение размолотого шлама от образующегося при второй
стадии выщелачивания слабого алюминатного раствора и промыв-
ку шлама можно осуществлять в гидроциклонах, сгустителях и
промывателях, а слабый раствор направлять на первую стадию
выщелачивания спека.
Выщелачивание в трубчатых выщелачивателях — процесс непре-
рывный, ввиду чего значительно облегчается его обслуживание и
повышается возможность его автоматизации.
В связи с малой твердостью бокситового спека из трубчатого
выщелачивателя выносится с алюминатным раствором топкодис-
персный шлам. Это вызывает необходимость отстаивания раствора,
фильтрации и промывки шлама, что связано с дополнительными
потерями окиси алюминия и щелочи.
При выщелачивании бокситового кускового спека можно полу-
чать алюминатный раствор различной концентрации. С понижени-
ем концентрации алюминатного раствора несколько повышается
степень извлечения окиси алюминия и щелочи из спека. Однако
при этом в процесс вводится увеличенное количество воды и соот-
ветственно повышается расход пара на выпарку.
Выщелачивание измельченного бокситового опека с отделением
шлама от раствора и промывных вод методом фильтрации свя-
зано с необходимостью установки значительной фильтрующей по-
верхности ввиду низкой производительности вакуум-фильтров на
высокожелезистом и тонкодисперсном бокситовом шламе. При от-
делении же шлама от алюминатного раствора в сгустителях неиз-
бежны вторичные потери окиси алюминия, а также возможно на-
бухание шлама.
Твердый остаток (красный шлам), получающийся при выщела-
чивании бокситового спека и состоящий в основном из двухкальци-
евого силиката, невыщелоченной части окиси алюминия, щелочи и
окиси железа, гидравлическим транспортом направляется в отвал.
Нефелиновый спек отличается от бокситового повышенным
содержанием двукальциевого силиката, пониженным содержанием
алюмината натрия, наличием алюмината калия и малым содержа-
нием соединений железа.
При выщелачивании нефелинового спека вводят большее коли-
чество каустической щелочи, чем при выщелачивании бокситового
спека нз-за низкого содержания в нефелине окиси железа, каусти-
фицирующей при спекании часть соды.
.Высокое содержание в нефелиновом опеке слабо растворимого
двукальциевого силиката способствует сохранению при выщелачи-
вании кристаллической структуры спека. Это позволяет совмещать
выщелачивание нефелинового спека с мокрым размолом его. Раз-
мол дробленого спека производится в шаровых мельницах, рабо-
тающих в замкнутом цикле со спиральными классификаторами.
При мокром размоле нефелинового спека в результате выщела-
чивания его растворимой части диспергируются частицы спека, и
при отделении шлама на барабанных или дисковых фильтрах сни-
жается производительность фильтра из-за тонкодисперсной фрак-
ции, а из-за крупных частиц не обеспечивается равномерное под-
держание всего шлама в корыте фильтра во взвешенном состоя-
нии.
При отстаивании шлама в сгустителях имеет место длительное
совместное пребывание алюминатного раствора и шлама, содержа-
щего двукальциевый силикат, что приводит к повышению вторич-
ных химических потерь. Кроме того, из-за малой степени обезво-
живания требуется значительное удлинение промывной системы.
Отделение нефелинового шлама от раствора и промывных вод
при промывке шлама осуществляется фильтрацией и отстаиванием
в фильтрах-сгустителях. Применение фильтров-сгустителей позво-
ляет сократить продолжительность пребывания шлама в аппара-
тах и улучшить его обезвоживание. Благодаря этому сокращают-
ся потери полезных компонентов. Кроме того, совмещение в филь-
трах-сгустителях отстаивания с фильтрацией позволяет перераба-
тывать пульпу в большом диапазоне гранулометрического состава
помола.
Примерные режимные условия процесса:
1) крупность дробления опека: 4-125 мм до 2%;
2) выщелачивание оборотным раствором, приготовляемым из про-
мывной воды и содо—поташно-щелочного раствора;
твора;
3) концентрация алюминатного раствора 85 г/л АЬОз, молеку-
лярные отношения в растворе: Na2OK :A12O3=il,4—1,45 и (Na2OK +
+NatOy): A1SO3 = 1,7—1,9.
4) температуры: оборотного раствора на выщелачивание 60°С,
и воды на промывку шлама 75°С;
5) крупность измельчения опека: -{-1 мм до 8%; +0,2 мм —
до 45%;
6) отношение жидкого к твердому по массе (Ж:Т) в пульпе
питания фильтров-сгустителей 3,0—3,5: .1 и в сгущенном шламе
0,6:1;
7) содержание щелочи в промытом шламе после шестикратной
промывки не более: отмываемой 0,3% и общей 2,1%, влажность
40%.
Недостатки фильтров-сгустителей: 1) значительные затраты
ручного труда и фильтровальной ткани на перезарядку фильтро-
вальных элементов; 2) неблагоприятные условия труда в связи с
наличием открытых поверхностей горячего алюминатного раствора;
3) недостаточная степень обезвоживания, что вызывает увеличен-
ное число ступеней промывки.
Применение выщелачивания нефелинового спека, совмещенно-
го с мокрым размолом в шаровых мельницах, с отделением и про-
мывкой шлама на фильтрах-сгустителях ограничивается глинозем-
ными заводами относительно малой производительностью. При
больших масштабах производства более целесообразно проточное
выщелачивание мелкодробленого кускового нефелинового спека по
двухстадийной схеме с трубчатыми выщелачивателями в первой
стадии и .мокрым измельчением шлама в стержневых мельницах с
последующей фильтрацией и промывкой его на наливных кару-
сельных вакуум-фильтрах — во второй стадии.
Выщелачивание в трубчатых выщелачивателях ведут слабым
алюминатным раствором и промывной водой из карусельных
фильтров. Довыщелачивание шлама в стержневых мельницах осу-
ществляют водой и оборотным щелочным раствором, получаю-
щимся в результате выкручивания части алюминатного раствора.
Продолжительность выщелачивания • в трубчатом выщелачивателе
45 мин; температура выщелачивания 60—70°С.
158
w
g
3
|£J
|K
5 J5«
»& °*
tc з
К ДК
S 5 £
г
з
s
•K
Ы
I
fc
и
S
CD
X
ч
W
Д Д 5
s я a
5е ®
Cv
CQ Л —
ф И S
и S’ 4
s s
h
g
<!
3
К
3g
2 w
fl? r?
3 ।
s I
з g
Слив алюминатного раствора из трубчатых выщелачивателей ос-
ветляют в гидроциклонах. Песковую фракцию из гидроциклонов
фильтруют вместе со шламовой пульпой нз стержневых мельниц на
карусельных вакуум-фильтрах.
Аппаратурная схема двухстадийного выщелачивания нефелино-
вого спека показана на рис. 48.
Шлам, получающийся при выщелачивании нефелинового спека,
состоящий в основном из двукальциевого силиката и невыщелочен-
ной части окиси алюминия и щелочей, гидравлическим транспортом
направляется на производство цемента, осуществляемое спеканием
шлама с известняком и другими добавками, вводимыми в цемент-
ную шихту.
В табл. 66 приведены примерные сравнительные данные химиче-
ского состава и расхода основных материалов при производстве
глинозема из боксита и нефелина (шихта насыщенная, топливо без-
зольное, общий выход А12Оз 84%, хиимический выход при выщелачи-
вании стека 87% А1гО3 90% щелочи из бокситового спека и 85%
щелочей из нефелинового спека).
Таблица 66
Химический состав и расход основных материалов
Материал Химический состав % Расход материалов, т/т A12Os
1 AlgOg 1 О и Z о м § о <75 «5 О (У и« прочие примеси потери при про- 1 наливании
Боксит .... 45,0 — — 3,0 13,0 17,0 3,0 19,0 2,6
Нефелин . . . Известняк: в бокситовую 29,0 13,5 6,5 2,0 43,5 3,0 1,5 1,0 4,1
шихту . . . в нефелине- —• —• — 50,0 2,0 — 4,0 44,0 1,3
вую шихту . Спек: — —• — 50,0 2,0 — 4,0 44,0 7,1
бокситовый . 32,3 24,0 -— 18,8 10,4 11,3 3,3 —III 3,9
нефелиновый Шлам: 15,0 7,0 3,3 44,8 24,2 1,5 4,2 — 8,2
бокситовый . 7,0 4,4 — 114 34,5 19,0 21,0 6,1 8,0 2,3
нефелиновый 2,2 1,3 0,6 55,7 30,1 1,9 5,2 з.о 6,5
Обескремнивание
Кремнезем, переходящий в раствор при выщелачивании стека,
выделяется при обескремнивании в виде алюмосиликата натрия по
следующей реакции:
п Na2 SiO3 ф- 2 NaA102 + (m + n) H2O = Na2O- A12O3 • n SiO2 • /nH2O +
+ 2nNaOH.
Обескремнивание осуществляют, выдерживая раствор в автокла-
вах при 165—175°C в течение 1,5—2 ч.
Степень обескремнивания аюминатного раствора зависит от его
концентрации. С уменьшением содержания в растворе окиси алю-
миния понижается относительное равновесное содержание в нем
кремнезема и повышается степень обескремнивания.
Требуемая степень обескремнивания определяется глубиной раз-
ложения алюминатного раствора при карбонизации, так как от глу-
бины карбонизации зависит степень выделения кремнезема с гидро-
окисью алюминия.
При производстве глинозема из нефелина карбонизацию ведут
до полного разложения алюминатного раствора; при производстве
глинозема из боксита разложение алюминатного раствора карбони-
зацией осуществляют неполностью. Поэтому для получения глино-
зема с одинаковым содержанием в нем примеси кремнезема, обес-
кремнивание алюминатного раствора при переработке нефелина ве-
дут более глубоко, чем при переработке боксита.
При одностадийном обескремнивании алюминатного раствора,
получающегося при производстве глинозема из нефелина, до крем-
невого модуля 500 может быть получен глинозем марки ГА-6. При
производстве глинозема из боксита для получения глинозема этой
же марки обескремнивание раствора можно проводить до меньше-
го кремневого модуля.
Глубина обескремнивания увеличивается при добавке извести
или затравки — оборотного белого шлама.
Повышение качества глинозема, получаемого по способу спека-
ния, до марки ГА-8 достигается глубоким двухстадийньГм обескрем-
ниванием алюминатного раствора до кремневого модуля выше 1000.
Вторую стадию обескремнивания проводят при температуре
95°iSLb течение 1 ч с добавкой извести и части шлама после первой
содр^й обработки шлама, образующегося при второй стадии обес-
кремнивания. Отношение — Дкт = 30—40.
SiOg
Сгущенный отфильтрованный шлам от второй стадии обескрем-
нивания подвергают двухстадийной содовой обработке с целью ре-
генерации окиси алюминия из образовавшегося гидроалюмината
кальция. Степень извлечения А12О8 из шлама до 90%. Часть шла-
ма после первой стадии обработки, как уже было указано, направ-
ляют на обескремнивание, остальное количество шлама после вто-
рой обработки — на приготовление шихты на спекание.
Примерные режимные условия процесса регенерации шлама:
температура ~ 100°С; продолжительность первой стадии 1 ч._ вто-
рой— 3 ч; концентрация содового раствора на вторую стадию
100 е/л NagOjt -Ь Na2Oy.
Получающийся при регенерации шлама содо-щелочиой раствор с
каустическим модулем 2,6—3 используют при выщелачивании
спека.
Двухстадийное обескремнивание можно также осуществлять по
следующей схеме.
Первую стадию обескремнивания ведут в автоклавах с частью
белого шлама, полученного при второй стадии обескремнивания.
Вторую стадию обескремнивания осуществляют в мешалках с обо-
ротным белым шламом и известью при ~ Ю0°С в течение 3 ч. Пос-
ле второй стадии обескремнивания не производится регенерация
шлама и отсутствует источник получения щелочи для выщелачива-
ния спека.
Количество выделяющегося при обескремнивании осадка алюмо-
силиката натрия (белого шлама) определяется начальным и конеч-
ным кремневым модулем раствора.
Для обескремнивания алюминатного раствора применяются вер-
тикальные автоклавы.
Обескремнивание осуществляется как периодически, так и не-
прерывным методом в батарее автоклавов по схеме, подобной не-
прерывному автоклавному выщелачиванию боксита при гидрохи-
мическом способе производства глинозема из боксита (см. стр. 195).
Однако в связи с интенсивным выделением алюмосиликата натрия ма
греющих поверхностях в отличие от схемы автоклавного выщелачи-
вания отсутствует регенерация тепла в батарее автоклавов, н нагрев
Рис. 49. Аппаратурная схема обескремнивания и отделения алюминатного
раствора от белого шлама:
1 — сборник алюминатного раствора; 2 — поршневой .насос; 3 — автоклав;
4 — гидростатический самоиспаритель; 5 —буферный бак; 6 — гидравличе-
ский затвор; 7 — струйный .подогреватель; 8 — сгуститель; 9 —фильтр под
давлением; 10 — барабанный вакуум-фильтр; С —питание свежим паром;
В-1 — вторичный пар первой ступени, В-7/—то же, (второй ступени, Г —
горячая вода, х — свежая вода, П — пульпа алюминатного раствора с бе-
лым шламом; Ш — отфильтрованный белый шлам; А — обескремненный
алюминатный раствор
алюминатного .раствора до температуры обескремн-ивания осуществ-
ляется паром самонапарения в мешалках и свежим острым паром в
автоклавах. При этом раствор разбавляется конденсирующимся па-
ром.
Пульпа после обескремнивания выгружается через сепараторы
под давлением в автоклавах. В результате двух- или трехступенча-
того понижения давления и температуры пульпы в сепараторах она
самоиспаряется с выделением в каждой ступени вторичного пара,
используемого для выпарки, нагрева раствора и воды. При этом
обескремненный раствор упаривается и повышается его кон-
центрация.
Белый шлам выпадает при обескремнивании в автоклавах в ви-
де крупнокристаллического, хорошо отстаивающегося осадка. Его
отделяют от.раствора в сгустителях, сгущенный шлам фильтруют
на барабанных вакуум-фильтрах. Для отделения неотстоявшейся
части белого шлама слив из сгустителей фильтруют либо на ли-
стовых фильтрах под давлением через слой целлюлозы, нанесенной
на металлическую сетку или капроновое полотно, либо на фильт-
рах-сгустителях под вакуумом.
Для сокращения потерь окиси алюминия и щелочи белый шлам
направляют на приготовление шихты для спекания.
Аппаратурная схема одностадийного обескремнивания и отде-
ления алюминатного раствора от белого шлама показана на рис. 49.
Карбонизация
В результате разложения алюминатного раствора углекислотой
выделяется кристаллическая гидроокись алюминия и образуется
оодовый (или содопоташный) раствор. Химические реакции, проте-
кающие при карбонизации, могут быть схематически представлены
следующим образом.
В начале процесса происходит нейтрализация части щелочи по
реакции
2 NaOH + СО2 = Na2CO8 + Н2О.
В связи с происходящим при этом снижении каустического мо-
дуля раствора и уменьшением его стойкости алюминат натрия
разлагается по реакции
2NaAlO2 4- 4Н2О = А12О3-ЗН2О + 2NaOH.
Процесс карбонизации должен осуществляться в условиях,
обеспечивающих получение крупнокристаллической гидроокиси
алюминия с минимальным содержанием примеси кремнезема и ще-
лочей.
В начале процесса карбонизации получается гидроокись алю-
миния |удовлетворительной кристаллической структуры (крупно-
стью частиц 50—80 мкм) с малым содержанием кремнезема и ще-
лочи. По мере повышения степени карбонизации кристаллическая
структура гидроокиси алюминия ухудшается и увеличивается со-
держание в ней кремнезема и щелочи. Ввиду этого процесс карбо-
низации с выделением продукционной гидроокиси алюминия про-
водят не до полного выделения из раствора всей” окиси алюминия.
Для понижения содержания кремнезема в гидроокиси алюминия
применяются различные схемы, основанные на получении продук-
ционной гидроокиси алюминия из раствора в результате частичной
карбонизации, выкручивания или • карбонизации с последующим
выкручиванием. При применении этих схем получается также ще-
лочь, необходимая для повышения каустического модуля алюми-
натного раствора при выщелачивании спека.
Основной способ понижения содержания кремнезема в гидро-
окиси алюминия — указанное выше двухстадинйое обескремни-
вание.
При производстве глинозема из боксита и одностадийном обес-
кремнивании алюминатного раствора производят неполную карбо-
низацию части алюминатного раствора, используя содо-щелочной
раствор для выщелачивания спека, и полную карбонизацию осталь-
ной части раствора с направлением содового раствора на выпарку.
При двухстаднйном обескремнивании алюминатного раствора с
регенерацией шлама весь обескремненный раствор подвергают од-
ностадийной карбонизации до концентрации 5 г/л А12О3, содовый
раствор направляют на приготовление шихты для спекания. Содо-
щелочной раствор для выщелачивания бокситового спека получа-
ется при указанной .выше регенерации содовым раствором шлама,
полученного при второй стадии обескремнивания алюминатного
раствора.
При производстве глинозема из нефелина и одностадийном
обескремнивании алюминатного раствора разложение раствора осу-
ществляют по схеме, представленной на рис. 50.
Алюминатный раствор
Первая карбонизация
до 5г/лА/аг0„
Карбонизация
до 45 г/л НагО„
Сгущение в Затра6ка
гидроциклонах
и сгустителях
Выкручивание
дс 20 г/л Alt03
Вторая карбонизация
да 15г/л ПаНСО3 с
выкручиванием до
0,15г/л А1г03
Фильтрация
раствора
Ссда-поташный
раствор
на выпарку
Сгущение в
гидрсциклснах —
и сгустителях
___Фильтрация
।— раствора
Содо-псташно-
щелочнойраствор
на выщелачивание
Продукционная
гидроокись
алюминия
Рис. 50. Схема карбонизации алюминатного раствора
при производстве глинозема из нефелина, совмещен-
ная с получением каустической щелочи для выщела-
чивания спека
Во избежание потерь окиси алюминия, загрязнения ею соды и
поташа и зарастания осадком греющих поверхностей выпарных ап-
паратов содо-поташный раствор, направляемый на выпарку, предва-
рительно подвергают второй карбонизации до полного выделения
окиси алюминия.
Содо-поташно-ипелочной раствор, идущий на выщелачивание спе-
ка, получают в результате карбонизации и последующего выкручи-
вания части алюминатного раствора.
Прн применении двухстадийного обескремнивания второй стадии
обескремнивания без регенерации шлама подвергают часть раствора,
направляемую затем на двухстадийную карбонизацию. Остальную
часть раствора после первой стадии обескремнивания подвергают
выкручиванию, так как щелочи, которая могла быть получена при
регенерации шлама после второго обескреммпва'ния всего раствора,
не достаточно для выщелачивания нефелинового спека. Выкручива-
ние части раствора с пониженным кремневым модулем позволяет
сократить поток раствора на двухстадийное обескремнивание, полу-
чая глинозем высокого качества.
При переработке нефелиновой руды с пониженным содержанием
щелочей часть содо-поташного раствора используется для приготов-
ления шихты на спекание.
Температура карбонизации, необходимая для получения гидро-
окиси алюминия крупнокристаллической структуры, 70—80°С. При
карбонизации отходящий газ насыщается водяными парами, рас-
твор упаривается н охлаждается. Для поддержания необходимой
температуры карбонизации раствор подогревается паром.
Добавка в алюминатный раствор затравки — гидроокиси алюми-
ния улучшает кристаллическую структуру образующейся при карбо-
низации гидроокиси алюминия.
Перемешивание раствора при карбонизации, необходимое для
равномерного протекания процесса, достигается в основном барбо-
тажем' газа.
Концентрацией СО2 в газе определяется количество газа, поступа-
ющего на карбонизацию, и степень упарки раствора.
Для карбонизации используют дымовые газы печей спекания, со-
держащие углекислоту, которая образуется в результате сжигания
топлива и разложения карбонатов, входящих в состав шихты. Содер-
жание СО2 в газах, поступающих на карбонизацию, 10—'14%.
Обеспыленные дымовые газы печей спекания, используемые для
карбонизации, дополнительно очищают в скрубберах-электрофильт-
рах и нагревают для снижения относительной влажности. Турбога-
зодувками очищенный газ подается в карбонизаторы.
Для карбонизации алюминатного раствора могут применяться кар-
бонизаторы с глубоким газоподводом — цилиндрические с механи-
ческим перемешнваинем или цилиндро-конические без механического
перемешивания (см. стр. 263). Направление усовершенствования кон-
струкции карбонизаторов—применение верхнего газоподвода с об-
меном между зоной газации и зоной .кристаллизации с помощью
аэролифта. При такой конструкции сокращается расход электро-'
энергия.
Карбонизация может быть осуществлена периодически с ведени-
ем всего цикла в каждом аппарате или по непрерывной схеме в
группе карбонизаторов с постоянными режимными условиями в
каждом аппарате. Преимущества непрерывной схемы: возможность
автоматизации процесса, увеличение степени использования обору-
дования и повышение производительности труда.
Гидроокись алюминия отделяют от маточного раствора последо-
вательно в гидроциклонах и сгустителях.
Сгущенную гидроокись алюминия промывают по противоточной
схеме путем фильтрации на барабанных вакуум-фильтрах с проме-
жуточной репульпацией. Содержание влаги в отфильтрованной и
промытой гидроокиси алюминия 10—'12%.
Кальцинация
Гидроокись алюминия подвергается прокаливанию (кальцинации)
во вращающихся печах с целью удаления внешней и конституцион-
ной воды и получения негигроскопичного глинозема. Температура
кальцинации 120£)oiC.
Кальцинированный продукт получается в двух кристаллических
модификациях: а-глинозем (35—55%) и у-глинозем (остальное).
Для кальцинации глинозема применяются вращающиеся барабан-
ные печи диаметром 3—4,5 м, длиной 50—110 м, футерованные огне-
упорным кирпичом.
Прокаленный глинозем охлаждается от 1100 до 80°С во враща-
ющихся барабанных холодильниках водой, орошающей наружную
поверхность холодильника. Более экономично охлаждение глинозема
воздухом в аппаратах «кипящего» слоя или циклонных аппаратах,
так как горячий воздух используется затем для отопления печей
кальцинации.
Охлажденный глинозем камерными насосами с автоматической
системой управления направляется пневматическим транспортом в
бункера склада глинозема нли цеха электролиза алюминия.
На алюминиевые заводы глинозем отправляется в специальных
вагонах-цистернах или упакованным в бумажных мешках в обычных
железнодорожных вагонах.
Топливом для печей кальцинации служит мазут или природный
газ. Расход тепла на кальцинацию 1150—1'360 ккал на 1 кг глино-
зема.
Удаление дымовых газов и пылеулавливание осуществляется в
системе последовательно соединенных аппаратов (один-два мульти-
циклона, дымосос и электрофильтр).
Количество пыли, выносимой из печи, зависит от крупности ча-
стиц гидроокиси алюминия и может колебаться от 30 до 100% от
массы кальцинированного глинозема. Пыль, улавливаемая в мульти-
циклонах, располагаемых над загрузочной частью печи, поступает в
печь самотеком, а из электрофильтров подается в печь эжекционны-
ми пневмоаппаратами.
Стабилизация режимных условий процесса кальцинации достига-
ется системой автоматического контроля и регулирования темпера-
турного и газового режима .вращающихся печей.
Выпарка
Избыточная вода удаляется из процесса путем -выпарки маточ-
ного раствора после карбонизации н промывных вод, получаемых в
процессе промывки гидроокиси алюминия.
Выпарка осуществляется в многокорпусных вакуум-выпарных ба-
тареях (см. также стр. 210 и 214).
При производстве глинозема из боксита содовый раствор после
выпарки возвращается в процесс на приготовление шихты. Выпар-
ку раствора ведут в две стадии. Первая стадия до выделения соды—
в выпарных аппаратах, с естественной циркуляцией и вторая — с
выделением кристаллической соды в аппаратах с принудительной
циркуляцией или с вынесенной зоной кипения.
При производстве глинозема из нефелина значительная часть ма-
точного раствора упаривается до полного выделения в твердом ви-
де соды, поташа и сульфата калия (образующегося при поступлении
в процесс серы с топливом и сырьем). Разделение этих продуктов в
процессе выпарки й кристаллизации основано на изменении совме-
стной растворимости их в зависимости от температуры и концент-
рации.
Одна из применяемых схем выпарки следующая. Выпарка рас-
твора производится в три стадии. Первая стадия — упарка раствора
от суммарной .концентрации солей 200—250 г/л до 400-^460 г/л. Вто-
рая^ стадия — упарка до концентрации 750—800 г/л с кристаллиза-
цией соды с примесью поташа и сульфата кальция. Осадок отделя-
ется на центрифугах от маточного раствора и подвергается сушке.
Третья стадия — упарка до концентрации* 950—1200 г/л с кристал-
лизацией двойной соли Na2CO3-K2CO3 с примесью сульфата калия.
Этот осадок отфильтровывают и растворяют в слабом содо-пюташ-
ном растворе, направляемом затем на вторую стадию выпарки. Из
полученного в результате третьей стадии выпарки насыщенного рас-
твора поташа выделяют в мешалках-кристаллизаторах путем охлаж-
дения до 45—50°С кристаллический поташ, отделяемый затем от рас-
твора на центрифугах. Маточный поташный раствор возвращается
на третью стадию выпарки.
4. Баланс основных материалов
Соотношение компонентов шихты
Основными составляющими боксита, определяющими количество
исходных материалов, поступающих в процесс спекания, являются:
А12О3, SiO2, Fe2Og и СаО. Дозировка компонентов боксиго-содо-из-
вестняковой шихты осуществляется из расчета получения так назы-
ваемой насыщенной шихты с молекулярными отношениями:
Na2O J СаО
А12О3 -j- Fe2O3 SiO2
Основными составляющими нефелина, определяющими количест-
во исходных материалов, поступающих в процесс спекания, являют-
ся: Abos, SiO2, Fe2O3, СаО, Na2O и КгО. Дозировка известняка
должна соответствовать молекулярному отношению СаО и SiO2, рав-
ному 2. При переработке нефелина с эквимолекулярным отношением
щелочей к А12О3 в шихту добавляют оборотный раствор соды и по-
таша в виде промывной воды из расчета получения избытка щелочи
(молекулярное отношение 0,02—0,05). При переработке нефелина с
пониженным содержанием щелочей и повышенным содержанием
Fe2O3 в шихту дозируют оборотный раствор соды и поташа из рас-
чета доведения содержания щелочей до эквимолекулярного отноше-
ния их к сумме окислов А12О3 и Fe2O3. На связывание с Fe2O3 вме-
сто щелочи может также дозироваться известняк.
Дозировка шихты для процесса спекания должна осуществлять-
ся с учетом составных частей всех компонентов: основного сырья,
известняка, свежей соды, оборотного раствора, топлива, белого шла
ма (алюмосиликата натрия), образующегося при обескремнивании
и пульпы, получающейся при промывке в скрубберах отходящих га-
зов печей спекания.
При Использовании в качестве топлива угольной пыли в процесс
поступает зола, содержащая различные соединения — А12О3, SiO2,
Fe2O3 и др., реагирующие с компонентами шихты. Ввиду этого при
дозировке шихты учитывают также количество и состав золы, по-
ступающей с топливом, и степень ее реагирования.
Выход и потери окиси алюминия и щелочи
Удельный расход сырья на 1 т глинозема определяется содержа-
нием А12О3 и общим выходом окиси алюминия, зависящим от потерь
в процессе.
Степень перехода в алюминатный раствор полезных компонентов
зависит от физико-химических условий и аппаратурного оформле-
ния процесса и качества спека.
Основными являются потери А12О3 и Na2O при выщелачивании спе-
ка и отделении шлама от раствора. При отделении шлама от рас-
твора и его промывке могут иметь место вторичные химические по-
тери, связанные с частичным разложением алюмината натрия в ре-
зультате гидролиза или взаимодействия с силикатом натрия, образо-
вавшимся при разложении двукальциевого силиката. При этом
А12О3 и Na2O выделяются в шлам в виде нерастворимых соедине-
ний. Кроме того, имеют место механические потери А12О3 и Na2O,
обусловленные неполнотой промывки шлама, пылеуносом и пр. и за-
висящие от аппаратурного оформления процесса.
При выщелачивании кускового бокситового спека степень пере-
хода в раствор содержащихся в спеке полезных компонентов в за-
висимости от аппаратурного оформления процесса составляет: 82—
87% А12О3, 91—93% Na2O. С учетом механических потерь общий
выход А12О3 в процессе составляет 78—83% от поступающего с
бокситом. Расход соды для компенсации всех потерь щелочи в про-
цессе составляет 200—260 кг на 1 т глинозема.
При выщелачивании нефелинового спека, совмещенном с мок-
рым размолом, выход полезных компонентов составляет 85—87%
А12О3, 85—88% Na2O и К2О. Количество получающихся соды и по-
таша зависит от содержания щелочей в сырье и от выхода их в
процессе и составляет, например, при переработке Кольского нефели-
нового концентрата около 1,1 г (на 1 г глинозема) при общем вы-
ходе щелочи 80%.
Общий выход окиси алюминия в процессах спекания практически
определяется по отношению к окиси алюминия, поступающей с
сырьем, а также по отношению ко всей окиси алюминия, поступаю-
щей с сырьем, известняком и золой.
На связывание в сульфаты соединений серы, содержащихся в
топливе или сырье, расходуется щелочь. При производстве глинозе-
ма из боксита для компенсации потерь Na2O на образование суль-
фата натрия в процесс вводят свежую соду. При переработке нефе-
лина за счет КгО образуется сульфат калия и соответственно умень-
шается количество получающегося поташа.
Баланс окиси алюминия и щелочей
Большая часть окиси алюминия, участвующей в процессе спека-
ния, поступает с сырьем и проходит все основные операции, не со-
вершая оборота в процессе.
При переработке боксита основная часть щелочи, участвующей
в процессе, является оборотной. Количество Na2O, поступающей в
виде свежей соды, соответствует лишь потерям Na2O в процессе.
При переработке нефелина основная часть (участвующей в про-
цессе щелочи поступает с сырьем и не является оборотной. За счет
щелочей, являющихся составной частью нефелина, компенсируются
потери таковых в процессе и получаются сода и поташ в виде по-
бочных продуктов.
На рис. 51 и 52 представлены сравнительные схемы балансов
А12О3 и Na2O в процессах производства глинозема по способу спе-
кания из боксита и нефелина.
Рис. Б1. Масштабная схема баланса А12О3 н Na2O в процессе производства
глинозема из боксита по способу спекания (кг/1 т А12О„)
Исходные условия баланса процесса производства глинозема из
боксита, показанного на рис. 51, следующие:
Fe2O8
1) отношение в боксите ., _— по массе равно 0,4; 2) шихта на-
Л12О3
сыщения; 3) выход при выщелачивании спека 87% А12О3, 92%
Na2O, общий выход А12О3 84%; 4) каустический модуль в алюми-
натном растворе 1,5 достигается путем ввода на выщелачивание опе-
ка щелочного раствора; 5) степень карбонизации 95%
Рис. 52 Масштабная схема баланса А12О8 и Na2O в процессе производства
глинозема из нефелина по способу спекания (кг/I т Л12О8)
Исходные условия баланса процесса производства глинозема из
нефелина, показанного на рис. 52, следующие:
1) содержание в нефелине 29% А12О31 13,5% Na2O, 6,5% К2О;
2) дозировка садо-поташного раствора в шихту 0,05 моля Na2O и
КгО на 1 моль А12О3; 3) выход при выщелачивании спека: 87%
А12О3, 85% Na2O и К2О; общий выход: 84% А12О3, 80% Na2O и К2О;
4) на выщелачивание спека вводится: содо-поташный раствор с со-
держанием 0,5 моля и щелочной раствор с содержанием 0,25 моля
Na2O и КаО на 1 моль А12О3 в опеке (оборот растворов условно вы-
ражен в Na2O); 5) степень карбонизации 100%.
5. Баланс воды и расход пара
Производство глинозема из боксита
Количество воды, поступающее ® процесс и зависящее от соста-
ва и влажности сырья и условий осуществления технологического
процесса, превышает количество в-оды, удаляемой при осуществле-
нии различных операций процесса. Удаление избытка воды произво-
дится путем специальной упарки смеси оборотного содового раство-
ра и промывной воды от промывки гидроокиси алюминия.
В табл. 67 приводится примерный баланс лоди в процессе (на
1 т глинозема) для следующих исходных условий; 1) в боксите;
содержание А1гОэ 45% и отношение SiO2 к A12OS 0,27;
2) содержание влаги в боксите 20%. в известняке 12%, в мокрой
шихте 38%; 3) А12О3 в растворе после выщелачивания спека 130г/л;
4) раствор при обескремнивании нагревается острым паром.
Таблица 67
Примерный баланс воды при производстве глинозема из боксита
Поступление воды Количе- ство. м3 Удаление воды Количе- ство, Л13
С бокситом (внешняя и гидратная) С известняком На выщелачивание спека С конденсирующимся па- ром при обескремнивании На промывку гидроокиси алюминия 1,2 0,2 7,3 1,3 1.0 При спекании .... Упарка в скрубберах печей спекания . . . Со шламом Самоиспарение авто- клавной пульпы . . . Испарение: при карбонизации . при кальцинации . Упарка содового ра- створа . 4,0 1,0 1,4 1,4 0,8 0,8 1,6
Всего 11,0 Всего п,о
Расход пара в процессе зависит от:
а) количества выпариваемой воды, определяемого общим балан-
сом поступления и удаления воды из процесса;
б) количества подвергаемого нагреву алюминатного раствора,
определяемого концентрацией раствора.
При самоиспарении автоклавной пульпы после обескремнивания
выделяется пар низкого давления, используемый для выпарки, на-
грева раствора и воды, идущей на выщелачивание спека.
Свежий пар потребляется для .упарки содового раствора и на-
грева алюминатного .раствора при обескремнивании и карбонизации.
Расход свежего пара составляет 4,0—5,0 г на 1 т глинозема.
Производство глинозема из нефелина
В табл. 68 приводится примерный баланс воды в процессе (на
1 т глинозема) для следующих исходных условий;
1) в нефелине: содержание А12О3 29%, отношение SiO2 и
А12О3 1,5;
2) содержание влаги: в известняке 12%, в мокрой шихте 28%;
3) содержание А12Ог в растворе после выщелачивания спека
85 г/л;
4) отделение шлама от раствора и его промывка производится
на фильтрах-сгустителях;
5) раствор па обескремнивание нагревается острым паром.
Таблица 68
Примерный баланс воды при производстве глинозема из нефелина
Поступление воды Количе- ство, JHa Удаление воды Количе- ство, мя
С известняком 1,о При спекании .... 4,9
На приготовление шихты Со шламом 4,5
(из скрубберов печей спе- Самоиспарение авто-
кания) 2,5 клавной пульпы . . . 2,3
На промывку шлама . . 11,5 Испарение:
С конденсирующимся па- при карбонизации . 1,1
ром при обескремнивании 3,0 при кальцивании . 0,8
На промывку гидроокиси Выпарка содо-поташ-
алюминия 1,0 ного раствора .... 5,4
Всего 19,0 Всего 19,0
Пар потребляется для упарки содо-поташного раствора и нагре-
ва алюминатного раствора при обескремнивании. Расход свежего
пара составляет 3,0—-4,0 т на 1 т глинозема и, кроме того, 3,0—
4,0 т иа 1 т соды и поташа.
Особенности баланса воды при переработке нефелина по срав-
нению с балансом воды при потреблении боксита:
1. На приготовление мокрой нефелино-известняковой шихты вво-
дятся в основном вода и промвода от промывки гидроокиси алюми-
ния, а при недостатке щелочей в сырье добавляется содо-поташный
раствор. Таким образом, процесс спекания не используется полно-
стью для удаления воды, вводимой в гидрохимические операции про-
цесса.
2. В связи с увеличенным количеством шлама и пониженной кон-
центрацией алюминатного раствора вводится больше воды на про-
мывку шлама, используемой затем на выщелачивание спека. Вместе
с тем увеличивается количество воды, удаляемой с промытым
шламом.
3. Содо-поташный раствор, получающийся при корбонизации, упа-
ривается до получения кристаллических солей. При этом удаляется
значительная часть воды, вводимой в процесс.
6. Расчетные формулы и номограммы
В настоящем разделе приводятся формулы и номограммы для
определения количества исходных материалов и полупродуктов (в
тоннах на 1 г продукционного глинозема) при производстве глино-
зема по способу спекания.
' 1. Расход сухого сырья (Б с) в зависимости от: А — содержания
А12О3 в сухом сырье, %; В — общего выхода Л120з (рис. 53), %:
1-100-100
Бс ~ АВ
Рис. 53. Расход сухого сырья и а 1т
глинозема в зависимости от содержа-
ния А12О3 и общего выхода Л12О3
(В):
/—В=70%; 2-75%; 3-80%; 4-85%;
5-00%
2. Расход сухого известняка (И с) в зависимости от: s — отноше-
SiO2
ния в сырье ~ по массе; В—общего выхода А12О3) %; С и
А12^з
К — содержания в известняке СаО и SiO2 соответственно, %.
Условия процесса: а) возврат в шихту белого шлама; б) топливо
для спекания беззольное; в) в сырье не содержится СаО (рис. 54):
18700 s+ 500
И = •------'----
с (С—1,9К)В ’
(2)
При наличии в сырье СаО величина s, определяющая расход извест-
няка, должна быть соответственно уменьшена.
3. Количество Na2O в бокситовом опеке (N) при насыщенной
с Fe2O3
шихте в зависимости от: г —отношения в сырье -г;----— по массе и
A12Os
В — общего выхода А12О3, %, с учетом возврата в шихту белого
шлама и оборотного содового раствора >(рис. 55):
Л,__4О/ + 64
В
Расход сухого известняка, т
Рис. 54. Расход сухого известняка на 1 т глинозема в зависимости от отно-
шения по массе в сырье и от общего выхода (В) Л12О3 (при содер-
А1£О8
жании в известняке 50% СаО, 2% SiO2>:
7-5=70%; 2-75%; 3-80%; 4-85%; 5-900/Q
Каустический модуль в опеке (7с)
ac=l+0,62f. (4)
Каустический модуль в растворе (ар) при водном выщелачива-
нии спека в зависимости от: BN—выхода NasO, %, и В — выхода
А12О3, %
ар =
ас
В
(5)
4. Количество сухой шихты (Ш) в зависимости от: отношений по
SiO2 Fe2O3
массе ——- («) и (/) в сырье и В —общего выхода А12О3,
ai2o3 ai2o3
Рис. 55. Количество Na2O, на 1 т глинозема
при различных выходах А12О3 (В) и каусти-
ческий модуль (а ) в бокситовом снеке в за-
с Fe2O3
висимости от отношения------— по массе в
А12О3
сырье:
1 — В=70%; 5—75%; 3—80%; 4—85%; 5—90%
%, при следующих исходных условиях; а) шихта насыщенная;
б) топливо для спекания беззольное; в) в известняке содержится:
50% СаО, 2% SiO2 (рис. 56)
485 s + 200 f + 300
ш = .------X ... ' '------. ... (6)
.Количество мокрой шихты (П) в
'влаги (Д), %:
зависимости от содержания в ней
Ш 100
П~ 100 -д •
Рис. 56. Количество сухой шихты, спека, шлама иа 1 т глинозема в зависи-
SiO? . ж Fe2O, .
мости от соотношений —г---- (S) и -----(/) <по массе в сырье (при общем
Д12О3 А12Од
выходе А12Ов 85%>:
МШ77?
1—f =03; 2—0,3; 3-Ч),5; 4—0,7; 5—0,9
-j
5. Количество спека (С) в зависимости от s, f и В (рис. 56): |
325s Ч-140/4- 190 ... i
В ‘ |
6. Количество шлама (Ш) в зависимости от s, f и В (рис. 56):
325 s + 140/ + 50
Ш =---------------------. (9) ।
I
7. Расход топлива (Т) в зависимости от: С — количества спека,
/и; Q — теплотворной способности топлива, ккал/кг-, q — расхода теп-
ла на спекание, ккал/кг спека:
7. Комплексная переработка нефелино-сиенитовых пород
При переработке нефелиновых сиенитов с высоким содержанием |
кремнезема и низким содержанием щелочей может быть применен j
следующий способ их комплексной переработки. j
Сущность способа заключается в автоклавной обработке руды
при высокой температуре (240°С) концентрированным оборотным си- I
ликатно-щелочным раствором 220 г/л КаО и ПО г/л Na2O с целью
перевода части кремнезема в раствор в виде щелочного силиката.
При этом получается нефелиновый концентрат, молекулярное соот-
ношение окиси алюминия, щелочей и кремнезема в котором, близко
к таковому в чистом нефелине.
Концентрат подвергают спеканию вместе с известняком и свеже-
осажденным углекислым кальцием, получающимся при каустифика-
ции содо-поташного раствора. В результате дальнейшей переработки ,
спека по описанной выше аппаратурно-технологической схеме полу-
чается глинозем н белитовый шлам, используемый для производства
цемента. ।
Извлеченный кремнезем выделяется в виде метасиликата натрия,
который перерабатывают на силикатные продукты. Часть метасили-
ката натрия регенерируют известью с целью получения оборотного
щелочного раствора.
Содо-поташный раствор частично каустифицируют известью для
получения оборотного щелочного раствора, частично упаривают, вы- ।
деляя поташ.
При применении указанной технологической схемы из нефелино-
вых сиенитов могут быть получены глинозем, цемент, поташ и раз-
ные ценные силикатные продукты (метасиликат кальция, .метасили-
кат натрия, чистый кремнезем и др.).
Способы, основанные на получении
алюминатов кальция
Сущность способов заключается в образовании алюминатов каль-
ция при высокой температуре при взаимодействии окиси алюминия,
содержащейся в сырье, и известняка в разложении их содовым рас-
твором для получения алюмината натрия и выделении из него гид-
роокиси алюминия путем карбонизации и выкручивания.
Существует ряд способов получения алюминатов кальция, отли-
чающихся по методам термической обработки исходных материалов
и составу побочных продуктов, получающихся из примесей SiO2 и
Fe2O3, содержащихся в сырье. Физико-химические превращения при
термической обработке шихт определяются системой СаО — А12О3 —
SiO2 (см. .рис. 38).
Известняк
толан
Дробление
Сода
1-е выщелачивание
Отделение шлама
отраствора j
2-е выщелачивание
Вода
| Глинозем~\
Промывка
’ шлама
i
Шламна
производство
цемента
Обескремнивание
алюминатного -«—'
раствора
Спекание и
охлаждение
спека
Растворение
Соды
Классификация
спека
Дробление
i
Отделение шлама__|
отраствора §
! Вода
Мокрый размол -----
шихты -«-------
кальцинация
гидроокиси алюминия
Отделение гидроокиси
алюминия отраствора
I
Фильтрацдд цпромывка
гидроокиси алюминия
Рис. 57. Примерная технологическая схема производства
глинозема из каолина по способу спекания с получением
алюмината кальция
Отделение белого
шлама от раствора
Карбонизация
и выкручивание
Выпарка
8. Спекание с известняком
Сущность способа заключается в спекании во вращающихся пе-
чах шихты, состоящей из алюминиевой руды и известняка, и получе-
нии спека, содержащего алюминат кальция и двукальциевый сили-
кат (рис. 57).
Производство глинозема по этому способу может осуществляться
из высококремнистых материалов: каолинов, кианитов и других алю-
мосиликатных пород, каменноугольных зол и высококремнистых бок-
ситов.
Компоненты шихты дозируют из расчета получения в опеке дву-
кальциевого силиката 2СаО • SiC>2 и алюмината кальция в основном
состава 12СаО • 7А12О3.
Допустимое содержание в сырье 5% Fe2O3 и 3% ТЮ2. На эти
примеси дозируют известняк из расчета образования феррита каль-
ция 2СаО • Ре20з и титаната кальция 2СаО • TiO2.
Для определения расхода сырья в зависимости от содержания
А120з и общего выхода А120з см. рис. 53.
Расход сухого известняка (Дс) в зависимости от: s — отношения
SiO2
в сырье Л1 _ по массе, В — общего выхода А12О3, %, и Си А—
Рис. 58. Расход сухого известняка на 1 т гли-
SI°2 „
нозема >в зависимости от отношения ----- по
А1ВОЯ
массе в сырье и общего выхода (В) А12О3
(при содержании в известняке): 50% СаО, 2%
SiO2:
/-В=70%; 2—75%; 3-80%; 4-85%; 5-90%
содержания в известняке СаО и SiO2 соответственно, %, при следу-
ющих условиях: 1) топливо для спекания беззольное; 2) в сырье со-
держится 3% Fe2O3 и 2% ТЮ2 (рис. 58):
18700 s+ 11300
с (С—1,9К)В ‘ J
Мокрый размол шихты до тонины 90%—75 мкм осуществляют в
трубных мельницах; питание вращающихся печей мокрой шихтой—
наливом. Спекание ведут при 1375—il425°C с частичным плавлением
шихты и клинкерообразованием.
Охлаждение спека замедленное в высокотемпературной зоне. При
этом достигается высокая степень извлечения А12О3 и саморассыпа-
емость спека, вызываемая образованием двукальциевого силиката
крупнокристаллической структуры с увеличением объема при превра-
щении его Р- ® у-форму.
Нерассыпавшаяся крупная фракция спека 5—10%+ 150 мкм с по-
вышенным содержанием нерастворимой окиси алюминия выделяется
путем классификации спека в сепараторах и возвращается на мок-
рый размол шихты и спекание.
При переработке бокситов и высокожелезистых каменноугольных
зол окись железа восстанавливают до FeO и железа углем, вводи-
мым в шихту. Процесс .восстановительного спекания следует вести в
слабоокислительной или нейтральной атмосфере, т. е. в условиях, ис-
ключающих сгорание угля в кислороде воздуха.
9. Способы восстановительной плавки
В результате высокотемпературной восстановительной плавки
алюминиевой руды с известняком получается шлак и полностью или
частично восстанавливаются примеси Fe2O3 и SiO2, содержащиеся в
руде. Шлаки по минералогической форме входящих в их состав со-
единений относятся к безгеленитовым (алюмокальциевым) шлакам,
разлагающимся содовым раствором или к геленитовым, не разлага-
ющимся этим раствором.
Производство глинозема способами восстановительной плавки
может осуществляться из высокожелезистых материалов, например,
из железных руд с повышенным содержанием окиси алюминия и
высокожелезистых бокситов.
Существуют следующие способы восстановительной плавки, от-
личающейся степенью восстановления Fe2O3 и SiO2 и составом полу-
чающихся из них побочных продуктов.
Электротермический способ
В основу способа положена .плавка в электрических печах ших-
ты, состоящей из известково-бокситового агломерата, извести и кокса.
В результате плавки получаются алюмокальциевые шлаки, содержа-
щие алюминаты кальция и двукальциевый силикат, образовавшийся
из части окиси кремния. Окись железа и основная часть окиси крем-
ния восстанавливаются до металлического состояния и образуют
сплав ферросилиций. Шлак и ферросилиций разделяют отстаива-
нием, основанным на значительной разнице их плотности (ферросили-
ция 6,4—-6,8 и шлака 2,5—2,6). В результате гидрохимической обра-
ботки шлака из него извлекают окись алюминия, а ферросилиций
используется в других отраслях промышленности.
Примерное содержание основных компонентов в шлаке: 45%
А120з, 42% СаО, 6,5 % SiO2.
Доменный способ
Этим способом получаются алюмокальциевые шлаки и чугун без
восстановления окиси кремния.
Сущность способа заключается в доменнной и электродоменнной
плавке шихты, состоящей из боксита (или железной руды с повы-
шенным содержанием окиси алюминия), известняка, кокса и желез-
ного скрапа, необходимого для образования чугуна.
Перспективным является получение саморассыпающихся безгеле-
нитовых шлаков, пригодных для дальнейшей гидрохимической пере-
работки.
Геленитовые шлаки можно перерабатывать спеканием их с содой
и известняком, получая алюмонатриевые спеки или спеканием толь-
ко с известняком, получая алюмокальциевые спеки, разлагающиеся
содовым раствором.
10. Гидрохимическая переработка алюмокальциевых спеков
и шлаков
.Алюмокальциевые спеки и шлаки выщелачивают содо-щелочным
раствором в мешалках. При этом протекает следующая основная
реакция:
12 СаО 7 А12О3 -J- 12 Na2CO3 4- 5 Н2О = 14 Na А1О2 Ч-
+ 12 СаСО8 + 10 NaOH. (I)
Одновременно могут протекать следующие реакции:
12 СаО • 7 А12О3 + 33 Н2О = 4 (3 СаО А12О8 • 6 Н2О) + 6 Al (ОН)3; (II)
3 СаО А12О3 • 6 Н2О + 3 Na2 СО3 = 2NaA102 + 3 СаСО3 +
+ 4 NaOH + 4 Н2О. (III)
Реакция (III) уменьшает вредное действие реакции (II), связанной
с потерей окиси алюминия.
Двукальциевый силикат может реагировать с содой по следую-
щей реакции:
2 СаО • SiO2 + 2 Na2 СО3 |- Н2О = 2 СаСО3 + Na2SiO3 + 2 NaOH (IV)
с дальнейшим образованием нерастворимого алюмосиликата натрия
по реакции
2 Na2SiO3 Ч- 2 NaA102 + 4 Н2О = Na2O • А12О3 • 2 SiO2 • 2 Н2О +
Ч- 4 NaOH. (V)
Основная реакция (I) и реакция (III) замедляются с повышени-
ем концентрации щелочи в растворе.
Условия выщелачивания:
1) температура 60—70°С;
2) продолжительность 30—60 мин-,
3) Дозиройкй содо-ЩеЛоЧиого раствора из расчета: молекулярное
отношение Na2CO3 к СаО в алюминате кальция 1,5, концентрация
А12О3 в алюминатном растворе до 85 г/л и каустический модуль
1,4—1,5;
4) после отделения от алюминатного раствора шлам может быть
подвергнут второй стадии выщелачивания слабым содо-щелочным
раствором, что способствует дополнительному разложению трехкаль-
циевого гидроалюмината.
На выщелачивание, кроме оборотного содо-щелочного раствора,
вводят свежую соду в количестве, необходимом для компенсации
потерь ее в процессе.
Выход А120з при выщелачивании алюмокальциевых спеков и шла-
ков достигает 95%.
При переработке высококремнистого сырья шлам, получающийся
при выщелачивании спека и состоящий в основном из двукальциево-
го силиката и углекислого кальция, может быть использован для
производства цемента.
Обескремнивание раствора проводят в мешалках при 100—105°С
и продолжительности 6 ч в присутствии оборотного белого шлама в
качестве затравки. Обескремнивание ведут до пониженного кремне-
вого модуля, достаточного для получения кондиционной окиси алю-
миния при частичной карбонизации раствора и последующем его до-
выкручивании.
Выпарку содо-щелочного раствора осуществляют с целью удале-
ния избытка воды из процесса. Весь упаренный .раствор направляют
на выщелачивание опека, поэтому достаточна частичная карбониза-
ция алюминатного раствора.
Полученную гидроокись алюминия подвергают отстаиванию,
фильтрации, промывке и кальцинации.
Гидрохимическую переработку алюмокальциевых спеков и шла-
ков можно осуществлять и при других режимных условиях:
1. Двухстадийное противоточное выщелачивание при пониженной
концентрации А12О3 в алюминатном растворе (12—14 г/л). Вторая
стадия выщелачивания осуществляется оборотным содо-бикарбонат-
ным раствором, получаемым в результате углубленной карбонизации
алюминатного раствора.
Малая степень разложения двукальциевого силиката и перехода
кремнезема в раствор при этих условиях позволяет .исключить опе-
рацию обескремнивания.
2. Водное выщелачивание при незначительном содержании соды
и бикарбоната и низкой концентрации А12О3 в растворе (3—5 г/л).
Алюминатно-кальциевый раствор разлагается бикарбонатом натрия.
Низкая концентрация алюминатного раствора позволяет исключить
не только операцию обескремнивания, но и промывку шлама и упар-
ку раствора.
Указанные режимные условия характеризуются большим матери-
альным .потоком и соответственно количеством и размером аппарату-
ры для гидрохимической переработки алюмокальциевых спеков и
шлаков.
Особенности термических способов производства глинозема, осно-
ванных на получении алюминатов кальция (по сравнению со спосо-
бом опекания с получением алюмината натрия):
1) .меньший расход соды в связи с отсутствием её й Шихте, йбд-
вергающейся термической обработке;
2) саморассыпаемость спеков и шлаков, ввиду чего значительно
облегчается или полностью исключается их дробление и размол;
3) возможность осуществления процесса обескремнивания при
атмосферном давлении без применения автоклавов или полного ис-
ключения операции обескремнивания при указанных выше условиях;
4) повышенный расход известняка.
Глава III
ГИДРОХИМИЧЕСКИЕ
И КОМБИНИРОВАННЫЕ СПОСОБЫ
ПРОИЗВОДСТВА ГЛИНОЗЕМА
1. Способ Байера. Общие сведения
Принципиальная технологическая схема
Способ Байера основан на изменении растворимости окиси алю-
миния в растворе едкой щелочи в зависимости от концентрации
Na2OK и температуры (равновесие системы Na2O— Al2Os— Н2О,
см. рис. 8). Этот способ применим только к бокситам, т. е. рудам,
содержащим окись алюминия в свободной (моно- или тригидратной)
форме, при ограниченном содержании растворимого в щелочи крем-
незема.
Основные операции (рис. 59):
Боксит
Щелочь
Измельчение,
Выщелачивание
Оборотный
раствор
Выпарка
Разбавление,
отстаивание
Промывка
шлама
Алюминатный
раствор
Красный
шлам
л
Выкручивание
Промывка
гидроокиси
Гидроокись
алюминия
Кальцинация
| ГЯ&№йм\
Рис. 59. Принципиальная технологическая
рхема процесса Байера
1. Выщелачивание тонкоизмельченного боксита -оборотным щелоч-
ным раствором с достаточно высокой концентрацией свободной ще-
лочи при температуре, обеспечивающей достаточно быстрое -и полное
растворение А12Оз-минерала. Основная реакция:
А12О8 • п Н2О + 2 NaOH -> 2 NaA102 + (n + 1) Н«О.
2. Отделение 'нерастворимого остатка осаждением с последующей
промывкой. Раствор разбавлен, но температура еще достаточно вы-
сока для предотвращения разложения алюмината.
3. Разложение алюмината (выкручивание): раствор поддержива-
ется в длительном контакте с гидроокисью алюминия (затравкой)
при снижающейся температуре и частично разлагается с выделением
гидроокиси по реакции
2 NaA102 + 4 Н2О -* А12О3 • 3 Н2О + 2 NaOH.
4. Промывка и кальцинация гидроокиси алюминия (см. стр. 165,
208).
5. Упаривание оборотного раствора для восстановления концент-
рации.
Схематический материальный баланс процесса
Графический баланс А12О3 и Na2OK—см. рис. 60.
Основные параметры процесса (обозначения)
Концентрация в растворе:
оборотном ........................... % ’ кг/м3
алюминатном ..................... , кг/м3
Каустический модуль раствора:
оборотного..........................% = 7V:0,608
алюминатного ....................а = W:0,608 А
а а
Приближенные формулы материального потока
Удельный щелочной поток (количество щелочи в обороте), m/m
продукции (глинозема)
N = 0,608 а° Иа— . (12)
(Xq da
Эффективность оборота
(,3)
Объемы растворов (л:3/?' продукции):
1N
Vo = 1000 — (оборотный раствор); (14)
По
N
Va= 1000 —- (алюминатный раствор). (15)
При переработке бокситов с малым содержанием карбонатов
«0,5% СО2) погрешность расчета по вышеприведенным формулам
< 1,5%.
AiM
6 болеите
AIM
проЛ/т
Рис. 60. Графический баланс A)2OS и Na2O в про-
цессе Байера:
N количество щелочи; /1 а — количество А12О8 в
алюминатном растворе; Ло— то же, в оборотном
растворе
Количество воды, подлежащей выпариванию из оборотного рас-
твора, приблизительно равно Уа—Vo (при промывке гидроокиси
обычно вводится примерно столько же воды, сколько испаряется при
кальцинации глинозема: ~ 0,7 т на 1 т продукции).
2. Обычный («классический») процесс Байера
Общая характеристика и основные параметры процесса
Для выщелачивания боксита применяются концентрированные
оборотные растворы (200—310 г/л Na2OK 45—118 г/л Na2Oy каусти-
ческий модуль «о=3,0 4- 3,8). После выщелачивания раствор содер-
жит 180—280 г/л NajO к и 190—290 г/л А12О3 (аа = 1,5 4-1,75). При
наличии в системе окиси кальция устойчивой фазой в растворах ука-
занного состава является трехкальциевый гидроалюмииат (см.
стр. 99). Поэтому если в боксите присутствуют кальцит или другие
карбонаты, то они нацело разлагаются; углекислота переходит в
раствор, связывая в карбонат эквивалентное количество свободной
щелочи.
Установившееся количество (предел накопления) находящейся в
обороте углекислой щелочи определяется ее растворимостью в кон-
центрированном оборотном растворе (см. стр. 35). Практически
относительное содержание углекислой щелочи в растворах (NajOyi
. Na2OK лежит обычно в пределах 0,06—0,2 моль/моль.
При установившемся процессе вся углекислота, поступающая из-
вне (с сырьем и из других источников), выделяется при упаривании
оборотного раствора в виде кристаллической соды (моногидрата),
которая для возвращения в цикл подлежит каустификации.
Рис. 61. Масштабная схема материального потока процесса
Байера («классический» вариант):
/ — выщелачивание тонкоизмельченного опека оборотным
щелочным раствором: 2 — отделение нерастворимого остатка;
3— промывка остатка; 4 — выкручивание; 5 — промывка гид-
роокиси алюминия; 6 — кальцинация: 7 —выпарка; К —
крепкая пульпа; А — алюминатный раствор; О — оборотный
раствор; В — вода на промывку; М — маточный раствор;
Bill и ПГ — промывная вода шламовая и гидратная; Ц —
испаренная Ji од а
Восполнение безвозвратных АОТерь щёлочи (см. ниже) произво-
дится едким натром (каустической содой).
Концентрация алюминатного раствора, поступающего на разло-
жение: 120—160 г/л Na2OK, ПО—165 г/л А120з.
Масшабная 'схема материального потока показана на рис. 61.
Режимы выщелачивания
Температура выщелачивания,, обеспечивающая практически пол-
ное растворение гидроокиси алюминия, зависит от совокупности фак-
торов, определяющих вскрываемость боксита. Наиболее значимым
из этих факторов является минералогическая форма содержащегося
в боксите глинозема.
Бокситы тригидратного типа, содержащие весь глинозем в виде
г.идрагиллита (гиббсита), могут выщелачиваться при атмосферном
давлении (т. е. при температуре не выше 110°С) и при концентра-
ции щелочи 200—240 г/л'НагОк-
Бокситы моногидратного типа, содержащие глинозем в виде бе-
мита или диаспора, выщелачиваются при температуре 180—240°С;
выщелачивание их осуществляют в автоклавах под давлением до
40 атм.
Вскрываемость зависит также от индивидуальных особенностей
разновидностей боксита каждого месторождения и потому должна
определяться опытным путем.
В процессе выщелачивания концентрация свободной щелочи убы-
вает (по мере образования алюмината), а концентрация окиси алю-
миния возрастает, приближаясь к равновесной. Поэтому, чем ниже
каустический модуль получаемого алюминатного раствора, тем выше
должна быть температура выщелачивания.
В промышленной практике считается удовлетворительным режим
выщелачивания (концентрация Na2OK, температура), обеспечиваю-
щий получение алюминатного раствора с достаточно низким каусти-
ческим модулем (='а=.1,б 4-1,7) и извлечение из боксита не менее
95—97% «доступного» (см. ниже) глинозема при выдержке в авто-
клаве в течение 2—3 ч.
Получение алюминатного раствора с а=1,44- 1,5 из бемитовых
бокситов обеспечивается при температуре выщелачивания 230—240°С
и п0 2^200 г/л.
При .переработке трудновскрываемых, преимущественно диаспо-
ровых бокситов (североуральских, греческих, румынских) в анало-
гичных температурных условиях каустический модуль получаемого
раствора должен быть не ниже 1,6, при по>08О г/л.
Поведение кремнезема
Аморфные формы крем1незема полностью извлекаются концентри-
рованным щелочным раствором при температуре около 100°С по ре-
акции
S1O2 п Н2О + 2 NaOH = Na2 S1O3 -% (n -% 1) H2O.
Кварц реагирует таким же образом при температуре автоклавной
варки.
Параллельно с образованием силиката натрия происходит взаи-
модействие последнего с присутствующим в растворе алюминатом
по реакции
2 Na2 SiO3 + 2 NaA102 + 4 Н2О = Na2O • А12О3 • 2 SiO2 2 Н2О -|-4NaOH.
Каолинит разлагается также при температуре до 100сС с образо-
ванием в конечном итоге алюмосиликата натрия по реакции
А12О3• 2 SiO2 • 2 Н2 О + 2 NaOH == Na2O• Л12О3 • 2 SiO2 • 2 Н2О 4- Н2О.
Выделение алюмосиликата в осадок (обескремнивание) продол-
жается в процессе разбавления автоклавной пульпы и осаждения
(сгущения) красного шлама. Осветленный алюминатный раствор со-
держит не более 0,3 г/л SiO2; при последующем разложении этого
раствора выкручиванием получается гидроокись алюминия практи-
чески чистая по кремнезему.
Таким образом, при производстве глинозема по способу Байера
получается глинозем высоких .марок (в основном ГА-85 по ГОСТ
6912—64), независимо от содержания кремнезема в исходном сырье;
весь поступающий в процесс кремнезем (за исключением части квар-
ца, если он содержится в бокситах, выщелачиваемых при атмосфер-
ном давлении) переходит в алюмосиликат натрия, связывая прибли-
зительно стехиометрические количества Л12О3 и Na2O.
Поведение прочих сопутствующих [веществ
Двуокись титана ТЮ2 является постоянным компонентом
бокситов; содержание ее чаще всего находится в пределах 2—3%.
При отсутствии в боксите соединений кальция двуокись титана мо-
жет служить источником потерь щелочи в виде нерастворимого мё-
татитаната натрия (NaHTiOs) и, кроме того, основной причиной рез-
ко пониженной вскрываемости некоторых разностей диаспоровых
бокситов.
Вскрываемость этих бокситов приводится к норме путем добав-
ки небольших количеств извести (3—5% от массы боксита). Если в
боксите имеются природные соединения кальция (кальцит), то они в
значительной мере устраняют понижение вскрываемости. Излишняя
же добавка извести приводит к потере глинозема в виде трехкаль-
циевого гидроалюмината.
Карбонат ы. Бокситы некоторых месторождений имеют в сво-
ем составе ОО2 до 4% преимущественно в виде кальцита
(СаСО3), реже — сидерита (FeCOs). В условиях выщелачивания
карбонаты полностью разлагаются, связывая в соду эквивалентное
количество свободной щелочи.
Другие источники поступления углекислоты в производственный
цикл: известь (недопал), органические вещества (при полном окис-
лении), атмосферный воздух.
Общее количество углекислоты, поступающей из этих источников,
не превышает обычно 16—20 лг/г глинозема.
Вся образовавшаяся в цикле сода кристаллизуется в виде моно-
гидрата в процессе упаривания оборотного раствора. Отделенный от
раствора моногидрат соды подвергается каустификации для возвра-
щения в цикл.
Если оборотная сода подвергается предварительному обжигу, ко-
личество подлежащей каустификации соды возрастает на 35—50% за
счет карбонизации увлеченной каустической щелочи печными газами.
Органические вещества поступают в производственный
цикл с бокситом (гуминовые вещества, битумы), а также вводятся в
процессе его переработки (коагулянт — мука и др.).
Чрезмерное накопление в растворах продуктов окисления и осмо-
ления этих веществ может вызвать нарушение нормального хода
отдельных операций и в первую очередь—существенно осложнить
процесс упаривания оборотного раствора.
Для предотвращения этих осложнений систематически удаляют
органические вещества из наиболее обогашеннного ими промежуточ-
ного продукта — оборотной соды, выделяющейся при выпарке. Для
этого может быть применен один из следующих способов:
1) переработка оборотной соды методом спекания с бокситом
(комбинированные схемы, стр. 218); 2) прокаливание всей или части
оборотной соды при 350—400°С перед известковой каустификацией;
3) частичное выделение органических веществ в процессе упарива-
ния раствора после каустификации оборотной соды.
Некоторое количество органических веществ абсорбируется на по-
верхности кристаллов гидроокиси алюминия и выгорает при ее каль-
цинации.
Посредством указанных процессов содержание органических ве-
ществ в растворах поддерживается на уровне порядка 0,5—1% от
Na2O (по массе кислорода, требующегося для окисления органичес-
ких веществ при титровании перманганатом). Содержание в раство-
рах органических веществ резко снижается в случае применения
предварительного обжига боксита.
Сера. Некоторые .разновидности бокситов содержат серу в ви-
де сульфидов железа (в основном пирит FeS2) и продуктов их окис-
ления. Кристаллический пирит не изменяется в процессе автоклавно-
го выщелачивания. Менее устойчивые сернистые минералы разлага-
ются щелочью; в качестве конечного продукта окисления сульфидов
в растворах присутствует сульфат натрия.
Небольшая примесь пиритизированных бокситов (до 0,5—0,7% S
от общей массы бокситов) не вызывает заметных изменений в техно-
логическом процессе. При более значительной примеси сульфидов
наблюдается ухудшение отстаивания красного шлама и возникает
необходимость в организованном удалении из цикла излишка суль-
фата, что в свою очередь приводит к дополнительным потерям Na2O.
Соединения фосфора и ванадия. В составе большинст-
ва бокситов присутствует небольшое количество соединения фосфора
и ванадия (обычно не более 0,5—0,6% P2Os и до 0,1% V2Os). При
выщелачивании боксита эти элементы частично переходят в алюми-
натный расвор в виде фосфата и ванадата натрия. Накопление этих
примесей свыше нескольких граммов пятиокиси в литре раствора не-
благоприятно отражается на некоторых .производственных операци-
ях и может привести к загрязнению гидрата (а впоследствии и ме-
талла) ванадием. При выщелачивании боксита с добавкой извести
чрезмерного накопления фосфора в растворах не происходит, так как
избыток его выводися с красным шламом (в виде фосфата кальция).
При относительно большом содержании V2O5 в боксите необхо-
дим организованный вывод нз цикла ванадата натрия. Для этой
цели часть оборотного раствора (частично или полностью упаренно-
го) подвергают охлаждению до 25—35°С при перемешивании. Избы-
ток ванадата натрия выпадает при этом в смеси с содой и фосфа-
том натрия. Смесь 10- и 12-водных солей, содержащую 5—15% V2O3,
перерабатывают с мелью извлечения ванадия.
Фтор содержится в небольших количествах в некоторых бокси-
тах. В байеровском цикле ведет себя аналогично Р2О5: связывается
известью в нерастворимое соединение (CaF2) или выпадает в виде
NaF при кристаллизации ванадата и фосфата натрия.
Галлий обычно содержится в бокситах в количестве 0,05—
0,2 кг Ga2O3 на 1 т А1гО3. В значительной степени извлекается при
выщелачивании и накапливается в растворах (до 0,5—-1 кг Ga3O3 на
1 т AI2O3). Может быть выделен электролизом алюминатного раство-
ра; более выгодный способ — переработка концентрата, полученного
в процессе карбонизации алюминатного раствора (комбинированные
схемы переработки боксита).
Разложение алюминатного раствора
Разложение выкручиванием является длительным процессом, ско-
рость которого убывает по мере приближения системы к равновесию.
Практически целесообразная глубина разложения отвечает конечно-
му каустическому модулю раствора на 0,7—1 ед. ниже равновесно-
го; в зависимости от концентрации раствора % =3,11 -? 3,7.
Потери глинозема и щелочи. Расчетные формулы
Обозначения:
а — содержание А12О3 в боксите (сухом), в долях единицы по массе;
s — отношение SiO3 : А12Оз в боксите по массе.
с — отношение СО2 : А120з в боксите по массе.
Отношение окислов в алюмосиликате указанного (стр. 188) мо-
лярного состава (по массе): А12О3: 2SiO2=0,85; Na2O : 2SiO2=0,516.
Максимальное извлечение (содержание «доступной» окиси алю-
миния), % от общего содержания в сырье:
Втах = 100 — 85 s. (16)
При выщелачивании отечественных моногидратных бокситов в
заводских условиях извлечение окиси алюминия обычно на 3—б %
ниже, чем следует из формулы (16) (с учетом потерь в результате
гидролиза).
Образующемуся алюмосиликату часто приписывают молярное от-
ношение Na2O : А12О3 : SiO2= l : 1 : 1,5. При безавтоклавном выщела-
чиванию) некоторых гидраргиллито-каолинитовых бокситов содержа-
ние этих окислов в шламе в среднем отвечает молярному отношению
1:1: 1,7. Однако имеется достаточно примеров более низких потерь
глинозема и щелочи (см. ниже) в красном шламе, чем следует из
указанных соотношений. Поэтому принятое здесь определение «мак-
симального» извлечения, отвечающее отношению Na3O : А12О3 :
: SiO2= 1:1:2, более универсально.
Сумма механических потерь глинозема в производстве обычно
составляет 1,5—2% от содержания в боксите. Фактическое содержа-
ние нерастворимой щелочи в отвальном шламе при выщелачивании
различных бокситов обычно находится в пределах 0,5—0,6 кг NasO
на 1 кг Si02 (для североуральских бокситов — 0,61—0,63 кг, что от-
вечает молярному отношению Na2O: SiO2, близкому к 1:2). Сумма
прочих потерь щелочи в правильно организованном производстве не
превышает 10 кг Na2O на 1 т товарного глинозема.
На основе этих практических данных составлены следующие фор-
мулы, которыми можно пользоваться при приближенной оценке по-
казателей переработки по способу Байера моногидратных бокситов
известного состава при отсутствии экспериментальных данных их
технологического опробования.
Товарный выход глинозема (% от содержания А120з в боксите)
В, =94 — 85 s. (17)
Расход боксита (сухого), т/т товарного глинозема
Рб ' а (0,94 — 0,9 s) '
Расход щелочи, кг Na2O на 1 т товарного глинозема
Mi
----------4-ю,
0,94 —0,9 s'
(19)
Количество щелочи, подлежащей каустификации кг Na2O/l т то-
варного глинозема
1410с + 25
уу ..........— ---
у 0,94 —0,85 s
( ± 5 кг/т).
(20)
Способы восполнения потерь щелочи
Для восполнения безвозвратных потерь щелочи в цикле может
служить:
1) каустическая сода (едкий натр), поступающая в твердом виде
или в виде концентрированного раствора и добавляемая к оборотно-
му раствору при выщелачивании боксита;
2) щелочной раствор, получаемый известковой каустификацией
кальцинированной соды (упаривается вместе с оборотным);
3) алюминатный раствор, получаемый методом спекания боксита
или шлама с кальцинированной содой (комбинированные схемы).
3. Содо-известковый вариант процесса Байера
Общая характеристика процесса
Выщелачивание боксита производится слабым оборотным раство-
ром <(90—100 г/л Na2O к, 20—30 г/л Na2Oy)c добавкой соды (для
восполнения потерь щелочи) и извести. Соотношение компонентов
исходного раствора отвечает равновесию реакции каустификации в
условиях выщелачивания. Добавка соды смещает фигуративную точ-
ку раствора в поле устойчивости СаСО3( см. рис. 17), вследствие
чего взаимодействие по схеме
Na2CO3 + Са (ОН)2 + СаСО3 + 2 NaOH
идет в сторону образования едкого натра до восстановления равно-
весия. Образующийся избыток едкого натра одновременно почти
полностью связывается в алюмосиликат извлеченным из боксита
кремнеземом.
Основные отличия от «классического» варианта
1. Более высокая температура выщелачивания (для тригидратно-
го боксита около 150°С).
2. Кальцит в боксите играет роль инертной примеси при выщела-
чивании.
3. Высокое содержание соды, увеличивая стойкость алюминатного
раствора, позволяет получать последний с несколько пониженным
каустическим модулем («а =|1,55 4-1,6 при концентрации Na2O
80—95 г!л).
4. Небольшая разность концентраций в двух фазах процесса (вы-
щелачивание — выкручивание) ограничивает количество воды, вво-
димой в цикл при промывке шлама.
.5 В процессе упаривания оборотного раствора сода не выпадает,
так как содержание ее ниже предела растворимости в относительно
слабом упаренном растворе. Каустификация как отдельная операция
осутствует.
Содо-.из;вестковый вариант процесса Байера применяется для пе-
реработки тригидратных бокситов с ограниченным содержанием не-
растворимых примесей. Допустима примесь карбоната кальция. Этим
способом, например, перерабатывают в США гидраргиллитовые гви-
анские бокситы. •
4. Аппаратурно-технологические схемы основных производственных
операций1
Подготовка сырья
Подготовка сырья к гидрохимической переработке включает:
разгрузочно-складские операции, дробление боксита, мокрое измель-
чение боксита с щелочным раствором и в случае необходимости —
приготовление извести.
Примерная схема подготовки сырья (для «классического» процес-
са) приведена на рис. 62, пояснение к которой (см. также стр./147—
148) приведены ниже.
Сырье поступает на траншейный грейферный склад в железнодо-
рожных вагонах; при больших потоках сырья применяют вагонооп-
рокидыватели.
Крупное и среднее дробления влажных, глинистых и умеренно-
твердых бокситов осуществляют на молотковых дробилках с под-
вижной дробящей плитой в одну или две стадии. Твердые, иевлаго-
емкие бокситы дробят на щековых и конусных дробилках в две ста-
дии (особо крепкие — в три стадии).
Оперативный запас боксита хранится на оперативном складе в
штабелях, в шатровых (реже —грейферных) складах. Хранение
обычно совмещается с усреднением. Вместимость складов 20—вО-су-
точный запас.
1 О кальцинации глинозема, стр. 165.
Питающие устройства—питатели, ленточные весы, автоматиче-
ские весовые дозаторы.
Размол сырья осуществляется в шаровых мельницах, работающих
в замкнутом цикле с классификаторами (реечными, спиральными или
чашевыми) и гидроциклонами по одно- или двухстадийной схеме
(см. стр. 242).
Известняк
Z Л^50-50мм)
Приготовление
извести
Известь
----1----
I
I
t
I
I
I
\_________
боксит
1500-Омм)
Приемсырья
Крупное
дробление
\(!50-0мм)
Среднее
дробление
\(40-0мм)
Пробоотбирание
Оперативный
склад
Каустическая
сода
Склад
Дозировка
Бункера
Питающие
устройства
-------------—
Размол
\(957<0,1мм)
\Сырая пульпа |
Оборотный
раствор
Рис. 62. Производственная схема подготовки
сырья для процесса Байера
Измельчение ведется при 90—95%} (температура оборотного ра-
створа 105—Н1О°<С). Нормальная тонина помола диаспоровых бок-
ситов 75—185% —50 мкм.
Склад каустика оборудован: эстакадой для разогрева и слива
жидкого каустика из железнодорожных цистерн, насосной станцией,
резервуарами для хранения 20—30-суточного запаса.
Отделение приготовления извести включает: склады известняка
и извести, шахтные печи со вспомогательным оборудованием, дро-
бильные установки, питатели, весы. Известь обычно добавляют к бок-
ситу при подаче его в бункера размольных агрегатов.
В отдельных случаях (см. стр. 200) в схему подготовки сырья
включался обжиг дробленого боксита во вращающихся или много-
подовых печах при 300—400ЧС.
Способы автоматизации дозировки компонентов сырой пульпы:
а) автоматическая стабилизация потоков обоих компонентов
(боксита и раствора);
6) автоматическое регулирование подачи раствора по расходу
боксита, изменяемому в зависимости от его крепости (измельчаемо-
сти) и крупности.
Требуемая точность дозировки: допустимые относительные откло-
нения от расчетной нормы (в среднесменных пробах): известь к бок-
ситу ±20%, щелочь к бокситу ±1%.
Расчетная формула дозировки:
(100 —0,608 а Ю^3— XN
v = б._ .А— --52------, (21)
пв — 0,608 Со аа
где V<>—расход оборотного .раствора, м3/т натурального боксита;
Яб—'Содержание АЬОз в боксите, % от массы сухого боксита;
йб —влажность боксита, % от массы влажного боксита;
В — извлечение A12O3 при выщелачивании, % от содержания
AI2O3 в боксите;
— каустический модуль алюминатного раствора;
а0 и п0 — содержание AI2O3 и NagOK в оборотном растворе соот-
ветственно, г/л;
—- алгебраическая сумма изменений количества свободной
щелочи в растворе, кг Na2OK на I т натурального бок-
сита, состоящая из:
1) добавок едкого натра извне (JVi),
2) изменения вследствие связывания в алюмосиликат —
обескремнивания (Nz),
3) изменения вследствие перехода в карбонат — декаус-
тификация (Л’3)
= — А2 — Ng.
(Для содо-известкового варианта SW=/V j — 1V2, где N t —количест-
во 1Ма2С)к> образующейся в результате каустификации.)
Выщелачивание боксита
Общие сведения об автоклавных батареях
Типы автоклавов (подробнее см. стр. 257):
а) горизонтальные с мешалкой и с прямым паровым обогревом
(ввод пара в пульпу): £:£>=4-5-16; для выщелачивания грубоизмель-
ченного боксита (США, 1'945 г.);
б) вертикальные с мешалкой и с обогревом через встроенную
теплопередающую поверхность: Н:£>=11)8-5-5,0; для тонкоизмельчен-
ного боксита (Франция, Венгрия, США);
в) вертикальные без мешалки и с прямым паровым обогревом;
£/:£>=4±18; для тонкоизмельченного боксита (СССР, США).
Вертикальные автоклавы с H:D ^4 первоначально строились
для установок периодического действия; такой способ выщелачива-
ния применялся в 11957—(195'9 г. на европейских глиноземных за-
водах.
В современном аппаратурном оформлении узел выщелачивания
боксита представляет собой автоматизированную автоклавную уста-
новку непрерывного действия. Схема автоклавной установки с двух-
кратным самоиспарением показана на рис. 63.
В мешалках / сырая бокситовая пульпа выдерживается в течение
4—6 ч при 100—1105°С для предварительного обескремнивания, что
позволяет свести к минимуму отложение алюмосиликата на трубках
подогревателей 3.
/ — мешалка сырой пульпы; 2 — поршневой насос; 3 — подогреватель; 4 —
автоклав; 5 — сепаратор I ступени; 6—сепаратор II ступени; 7 — смеситель;
8 — мешалка для разбавления; 9 - 'поворотная заслонка для регулирования
подачи пара (температуры выщелачивания); 10 — игольчатый вентиль для
регулирования давления в батарее; II — то же. для регулирования уровня
пульпы в сепараторе I ступени; П — пульпа; С — питание свежим паром;
В-1 — вторичный пар I ступени; В-11 — то же, второй ступени; // — сдувка не-
кондеисирующихся газов; К—конденсат; Р— разбавляющий раствор (про-
мывная вода)
Для литания пульпой автоклавных батарей применяются также
специальные мембранные насосы производительностью до 130 м3/ч
при давлении подачи до 36 ат (фирма «Пешине», Франция).
Большинство европейских глиноземных заводов оборудовано мно-
гочленными батареями автоклавов небольшой емкости (в СССР до
11 автоклавов объемом по Е4 м3 в батарее). В США строили корот-
кие батареи из автоклавов значительно большей емкости. В послед-
ние годы наблюдается тенденция к укрупнению автоклавных бата-
рей. Так, на заводе Ла Барасс (Франция) при его реконструкции
установлена одна батарея, состоящая из '13 автоклавов емкостью
около 100 л3, с 'мешалками и греющими элементами.
Давление в батарее автоматически регулируется независимо от
температуры и поддерживается на уровне, превышающем (в любой
точке батареи) равновесную упругость пара не менее чем на <1 ат.
Паровая фаза в автоклавах отсутствует (если не считать периоди-
ческого скопления в верхней части незначительного количества паро-
газовой смеси в связи с выделением неконденсирующихся газов);
заполнение автоклавов пульпой близко к ,100%.
Необходимое давление ,в сети греющего пара (расчетное рабочее
давление автоклавов), ат:
Ре =Р/ + 0>1М + Рз + Рп + Рр> (22)
где Pt—упругость водяного пара над алюминатно-щелочным ра-
створом при заданной температуре выщелачивания (/3),
равная упругости пара чистой воды при t3 — 6, где 6 —
повышение температуры кипения для данного раствора;
h — высота автоклава, м;
у—плотность пульпы, т/м3;
рз — запас давления в батарее, гарантирующий отсутствие
паровой фазы;
Рп —'Потери в пульпопроводах;
Рр — запас давления в сети, необходимый для регулирования
подачи пара (включая потери в барботере).
При выщелачивании крепкими растворами («классический про-
цесс») 6=llO-s-‘16’1C; депрессия упругости пара Др может достигнуть
5—7 ат.
Рз+Рп+Рр практически составляет 3—5 ат.
Автоматическое управление технологическим режимом автоклав-
ной установки непрерывного действия производится путем автома-
тической стабилизации на заданном уровне: давления в батарее,
температуры предварительного подогрева сырой 'пульпы (в мешал-
ке /) и температуры выщелачивания (в автоклавах), уровня пульпы
в сепараторах, степени разбавления (плотности разбавленной пуль-
пы), температуры подогрева воды в подогревателе смешения. До-
полнительная защита батареи от превышения допустимого давления
достигается автоматическим выключением насоса по импульсу от
манометра. Подробное описание системы автоматизации приведено
в гл. VII (второго раздела.
Периодическая сдувка неконденсирующихся газов производится
вручную.
Температурный режим батареи; рекуперация
тепла
На современных зарубежных заводах ступеней самоиспарения
автоклавной пульпы тем больше, чем выше температура выщелачи-
вания: от трех ступеней при МО-НЧЭЧС до девяти при 0304- i245°C
(понижение температуры автоклавной пульпы на одну ступень со-
ставляет 'IB—118 град).
Для подогрева сырой пульпы вторичным паром используются как
проходные кожухотрубные теплообменники, так .и автоклавы с встро-
енными .поверхностными подогревателями.
На рис. 64 схематически изображен температурный режим авто-
клавной батареи с четырехкратным самоиспарением (3 ступени теп-
лообмена).
Расчетные формулы выведены для общего случая (п ступеней
теплообмена).
Обозначения (см. рис. 60):
Т— tK — to — полное повышение^ температуры пульпы в батарее,
град;
6 —температурная депрессия (разность температур испа-
рения из раствора и конденсации), град;
Р — поток пульпы, кг/ч;
с — теплоемкость исходной пульпы, ккал/(кг-град);
f—поверхность нагрева подогревателей одной ступени
теплообмена, wt2;
Рис. 64. Температурный режим автоклавной батареи
с четырехкратным самоиспарением
F — общая поверхность теплообмена, м2;
k — общий коэффициент теплопередачи (от пара к пуль-
пе), ккалЦрл2-ч-град);
А/ — конечная разность температур между греющим паром
и нагреваемой пульпой, град\
v — изменение температуры пульпы (охлаждаемой и на-
k греваемой) на одной ступени теплообмена, град-,
а = А —(безразмерные величины).
Исходные условия
1. Подогрев пульпы (в том числе и конечный подогрев свежим
паром) осуществляется только через теплопередающую поверхность.
2. Пар самоиспарения конденсата вторичного пара присоединяет-
ся к греющему пару предыдущей ступени нагрева.
3. Все ступени теплообмена 'имеют одинаковую поверхность, т. е.
fi = f8 = • • . =fB = f; F^fn.
При этом без существенной погрешности можно считать, что:
а) на каждой ступени теплообмена снижение температуры ох-
лаждаемой пульпы равно повышению температуры нагреваемой и
одинаково на всех ступенях теплообмена, т. е.:
^2 — === ^3 — ^2 == * * • Н " ^2.......Н. ==
= • - tn — tn—l = S
б) начальные и конечные разности температур между греющим
(вторичным) паром и пульпой на всех ступенях теплообмена равны
между собой, т. е.:
t\ — е —t[ = zj — 0 — h = • • • Z„ — 0 —- Zn = Д Z;
z;-e-zn = z;-o-Zi= z;-O-z„_1 = az + ^.
Основные формулы
Изменение температуры пульпы на одной ступени теплообмена:
т_е —az
v = ± . «4-1 Поверхность теплообмена Рс , Г —0 + nAZ f -- In , ' k AZ(«+1) (23) (24)
. T — 0 AZ = - . (n 4 1) ea — n Коэффициент рекуперации тепла T — Q — M n z — - (в долях единицы) 1 11 -f- 1 или т—e (25) (26)
Z = P, T где n (e° — 1) P= —(безразмерная величина). n (ea — 1) 4 eu (27)
Значения функции [3 при различных значениях А и п показаны
на диаграмме рис. 65.
При скорости пульпы в трубках .подогревателей w~.I м/сек зна-
чение k обычно находится в пределах 600—-1000 ккал/ (м2-ч-град) (в
зависимости от состояния греющей поверхности). Теплоемкость пуль-
пы £=0,75=0,8 ккал/(кг-град). Ориентируясь на средние значения k,
в первом приближении можно принять й=Ч1000 с, тогда а численно
равно поверхности нагрева одной ступени подогревателей, м2 на
1 т/ч перерабатываемой пульпы.
При непосредственном непрерывно-противоточном теплообмене
между выходящей из автоклавов н поступающей пульпой (т. е. и—
= со; 0=0)
Т — М А
Т ~ А + 1 ’
(28)
Рис. 65. Диаграмма для расчета коэффициента
рекуперации:
/—п=\; 2—2; 3—3; 4—4; 5—10; 6— w
Отделение алюминатного раствора от красного шлама
Общие сведения
Основные элементы процесса:
1) отделение основной массы раствора отстаиванием в сгустите-
лях;
2) извлечение раствора, увлеченного шламом, методической про-
мывкой последнего в системе сгустителей (с промежуточной репуль-
пацией);
3) контрольная фильтрация алюминатного раствора для отделе-
ния увлеченных в слив частиц шлама.
Примерная аппаратурная схема узла сгущения с четырехкратной
промывкой шлама показана на рис. 66.
Для предотвращения гидролиза алюмината во всей системе сгус-
тителей поддерживается возможно высокая температура (90—100°С).
Поэтому сгустители покрыты термоизоляцией; применяется также
промежуточный подогрев шулыпы паром (в смесителях).
Гидролитические потери (до 1% А12О3) имеют место в основном
при I—II промывках. Стойкость растворов в промывной системе мо-
жет быть повышена добавлением к поступающему на промывку
шламу небольшого количества маточного (оборотного) раствора для
повышения каустического модуля промывных вод (примерно на 0,1;
Рис. 66. Примерная аппаратурная схЬма узла сгущения и промывки красного
шлама:
/ — сгуститель двух-лятика,мерный, «нормального типа диаметром до 20 м для
отделения алюминатного раствора; 2— то же, для I—II—III—IV стадии про-
мывки шлама; 3—смесители; 4 — центробежные насосы; 5 — фильтры конт-
рольной фильтрации (листовые, под давлением, с фильтрующей поверхностью
до 130 лг2); Р — разбавленная пульпа; С — слив сгустителей (алюминатный
раствор); Ш — сгущенный шлам; П — пульпа питания промывателей; В —
I—II—III—IV промывная вода; Г —горячая вода; О.Ш. — отвальный (промы-
тый) шлам; Ф — фильтрат (-чистый алюминатный раствор)
при этом а всей массы алюминатного раствора увеличится не более
чем на 0,02).
Основные показатели процесса -сгущения: удельная производи-
тельность по сливу и степень уплотнения шлама 'изменяются в ши-
роких пределах в зависимости от минералогического состава бокси-
та, концентрации раствора, а также типа и размеров сгустителей.
'Примесь каолинита в боксите 'вызывает значительное уменьшение
скорости осаждения шлама. Для повышения производительности
сгустителей в этом случае добавляют коагулянт (обычно мучной или
крахмальный клей).
Наличие в боксите гидратированных форм окиси железа (гидро-
гетит), а также сидерита приводит к ухудшению уплотняемости шла-
ма (увеличению отношения Ж:Т в сгущенном шламе). Степень уп-
лотнения зависит также от длительности пребывания шлама в зоне
сжатия и возрастает с увеличением высоты сгустителя (или высоты
камеры сгустителя).
Для некоторых разновидностей боксита ,с целью улучшения осаж-
даемости и уплотняемости шлама применялся предварительный
обжит боксита при 300—4О0°С.
Как скорость осаждения, так и степень уплотнения шлама зави-
сят от концентрации раствора, возрастая при уменьшении последней
(по ходу промывки).
Удельная производительность по сливу для многокамерных сгус-
тителей (отнесенная к общей площади камер) практически ниже,
чем для однокамерных; величина снижения удельной производитель-
ности зависит от свойств шлама. Возможная степень уплотнения
шлама в многокамерных сгустителях также ниже вследствие огра-
ниченной высоты камер и трудности поддержания максимальной вы-
соты слоя сгущенного шлама в каждой камере.
По режиму работы сгустители для красного шлама (и других
пульп глиноземного производства) 'должны быть выполнены целиком
из металла, перекрыты сплошной крышкой, защищены термоизоля-
цией и установлены в здании (для холодных и умеренных климати-
ческих зон). При этих условиях многокамерные сгустители по удель-
ным затратам на сооружение значительно выгоднее однокамерных,
вследствие чего они и получили широкое применение в алюминиевой
промышленности. В 11950—-11952 г. все основные глиноземные заводы,
как в СССР, так и за рубежом были оборудованы многокамерными
сгустителями. В частности, в США на заводах, построенных в '1944—
1954 г., были установлены главным образом 4—6-камерные сгусти-
тели диаметрами 110,6; 42,2 и 116,8 м.
В последующий период в алюминиевой промышленности ряда за-
рубежных стран (США, Франция, Венгрия) вновь стали применяться
однокамерные сгустители (с увеличенной высотой чана). Предпосыл-
ки к этому были следующие:
а) создание сгустителей с центральным приводом (следовательно,
допускающих укрытие чана) диаметром 30—05 м;
б) возможность открытой (вне здания) установки сгустителей в
районах с теплым климатом (для последних ступеней промывки воз-
можно, пючвидимому, применение сгустителей с открытым чаном);
в) стремление обеспечить максимальное уплотнение шлама с
целью сокращения водного баланса процесса (экономии пара);
г) наличие разновидностей шлама, осаждению которых благопри-
ятствует большая высота чана.
Для контроля режима работы сгустителей необходимо измерять
плотность сгущенного шлама и замутненность сливов из камер.
Ниже приводятся некоторые практические данные о работе си-
стемы 2—6-камерных сгустителей диаметром 16 м на шламе, полу-
ченном при .выщелачивании боксита, не содержащего гидратирован-
ных железных минералов:
Коагулянт ... . . Мука
(~0,5 кг/т су-
хого шлама)
Удельная производительность по сливу, jh3/(jw2-4):
г-' отстаивании алюминатного раствора . ... 0,13—0,2
при промывках .................................. 0,2—0,3
Степень уплотнения шлама (отношение Ж : Т по массе):
при 'Осажденнп из алюминатного раствора . . 3—4
при промывках............................... ... 2—3
Число промывок ........... 4—5
Расчет эффективности методической промывки
Обозначения:
Ро—'.масса раствора, поступающего в промывную систему со шла-
мом, т/т твердого (начальное Ж:7);
Рк—масса раствора, увлекаемого шламом из промывной системы
(конечное Ж:Т)-,
Я — расход воды на промывку, т/т твердого;
S — коэффициент распределения раствора между сливом и сгу-
щенным шламом.
Если степень уплотнения одинакова во всех стадиях промывки
(Ро='Рк),
В
S = const = -р- .
“к
В этом случае потеря раствора с отвальным шламом составит (в
процентах от поступившего в промывную систему):
S— 1
s„+1“- -100,
(29)
где
п — число промывок (см. также номограмму рис. 67).
гис. G7. Номограмма для расчета меч оди-
ческой противоточной промывки:
/ — п=\; 2—2; 3—3; 4—4; 5—5; 6—6
Вышеприведенные формулы не учитывают явлений адсорбции,
несовершенства смешения и других факторов, приводящих к растя-
гиванию промывки. Влияние всех этих факторов равнозначно .умень-
шению величины S и может быть учтено введением понижающего
коэффициента: вместо S подставляется
S' = kS,
где k<z I.
Значение k может быть определено по практическим показателям
работы аналогичной промывной системы из равенства
k = S' : S,
где S' находят по номограмме рис. 67, исходя из фактических потерь
w, aS — по балансу растворов (S—B-.P).
Прй отсутствии этих практических данных рекомендуется при-
нимать k=0,8 или добавлять одну промывку сверх требуемых по
расчету без поправочного коэффициента.
На некоторых заводах применяется дополнительное обезвожива-
ние промытого красного шлама методом фильтрации. Необходимость
в этом возникает:
а) при отсутствии других возможностей обеспечить достаточно
малые потери полезных компонентов при сокращении количества-во-
ды, вводимой в цикл на промывку шлама (см. стр. 217);
б) если шлам используется для термической переработки, напри-
мер, для спекания с целью дополнительного извлечения глинозема
(см. стр. 221) или для металлургической плавки.
В первом случае достаточно обезвоживание вакуум-фильтрацией
(если свойства шлама эго допускают), во втором — более целесооб-
разно применение фильтров специальной конструкции, совмещающих
фильтрацию с прессованием осадка (фильтры «Айко», ВНР).
Приближенный расчет количества шлама
Выход твердого вещества, % от массы сухого боксита:
Вш= 101 — 0,95 (а 4-ft)-f- l,7as, (30)
где a, h и as — содержание А12О3, связанной НгО и SiO2 в боксите
соответственно, %.
Для большинства бокситов (СО2<в%, окись железа в основной
массе не гидратирована) возможная погрешность расчета по форму-
ле (30) ±3% (абс).
Контрольная фильтрация
Контрольная фильтрация имеет целью освобождение алюминат-
ного раствора от незначительного количества (доли грамма в литре)
высокодисперсного шлама, увлекаемого сливом сгустителей.
Фильтрация производится под давлением 2—4 ат. Фильтрующая
среда — плотная хлопчатобумажная или синтетическая ткань или
слой целлюлозного волокна (II—2 кг/м2), нанесенные на основу из
металлической сетки.
Примерные показатели контрольной фильтрации: длительность
цикла 5—!10 ч, средняя производительность за цикл 1,0—1,5 л3/ч на
1 м2 фильтрующей поверхности.
Шламовое хозяйство
Красный шлам из последнего промывателя после дополнительно-
го разбавления водой перекачивается на шламовые поля — обширные
отстойные пруды, при устройстве которых используют как рельеф
местности, так и искусственные сооружения — намывные и насыпные
дамбы. На шламовом поле шлам осаждается и постепенно уплотня-
ется до конечной влажности 20—25%. В целях предотвращения
загрязнения водоемов и сокращения потерь глинозема и щелочи
подшламовые воды, как правило, почти полностью возвращают в
глиноземное производство. Часть подшламовой воды используют при
гидротранспорте шлама как оборотную; избыток возвращают в
цикл —-на промывку шлама.
Годовое количество вводимой в цикл подшламовой воды в т:
Н = G (hx — h^-y Но —На, (31)
где G — годовое количество шлама, т;
/г( н h2 — соответственно влажность шлама при сгущении В
промывателях и при конечном уплотнении на шламо-
вом поле, г/т твердого;
Но и //„ — соответственно приход воды с осадками и убыль за
счет испарения на шламовом поле, т/год.
Для большинства климатических районов разность Но—(по-
ложительная или отрицательная) относительно невелика; на 1 т су-
хого шлама возвращается в цикл 4,6—2,6 м3 подшламовой воды,
содержащей 3—б г/л (Al^Oa+iNasO).
Разложение алюмината натрия (выкручивание)
Общие сведе нч1 я
Для проведения этой операции, сущность которой заключается в
выдерживании алюминатного раствора в длительном контакте со
взвешенной в нем гидроокисью алюминия (затравкой) при одновре-
менном снижении температуры пульпы, применяются аппараты (де-
комиозеры) двух типов: с перемешиванием всего объема пульпы
(старый тип) и с циркуляцией затравки (современный тип).
Дскомпозеры первого типа представляют собой цилиндрические
резервуары емкостью до 4'30 ms (H-.D= 1,О-=-|1,6) с мешалкой (обыч-
но цепной). Удельная потребляемая мощность 30—-35 вт!м\
Декомпозеры второго типа — это цилиндрические резервуары
(Дц :£> = 2-—3) с коническим днищем емкостью до 3000 л3, снабжен-
ные воздушным подъемником (эрлифтом), с помощью которого осе-
дающая и стекающая к вершине конуса гидроокись непрерывно под-
нимается (в вцде несколько сгущенной пульпы) в верхнюю зону
декомпозера. Применяются как аппараты периодического действия,
так и соединенные в батареи непрерывного действия. Преимущество
последнего, более нового способа в более стабильной крупности по-
лучаемой гидроокиси и повышении производительности декомпозе-
ров.
Расход сжатого воздуха па один аппарат емкостью 1000 л<3
100—’150 м3/ч (удельная потребляемая мощность ’10—'16 вт/м3).
Продукт разложения — трехводная гидроокись алюминия — иден-
тичен с минералом гидраргиллитом А1(О;Н)3 (промышленное назва-
ние «гидрат»).
Оптимальный режим
Оптимальный режим выкручивания — это такое сочетание усло-
вий, регулирующих скорость основных физико-химических процессов
(гидролиз алюмината с образованием новых центров кристаллизации
и рост кристаллов гидроокиси), .при котором достаточная глубина
разложения достигается одновременно с получением достаточно
крупных частиц (друз) гидроокиси.
Основные параметры процесса Байера: n[t, аа, “о — влияют
главным образом на удельную производительность декомпозеров,
которая приблизительно пропорциональна выражению а& -Ь/х,
па
где аа = 1,646 — — концентрация А12О3 в растворе;
яа
Ь — степень разложения (см. 33), стр. 210);
т — продолжительность выкручивания.
С (уменьшением начального каустического модуля раствора %
при неизменных п и ао возрастает как аа, так и 6, в то время как т
изменяется мало.
С уменьшением глубины разложения «а длительность разложе-
ния т убывает в значительно большей степени, чем величина Ь.
Уменьшение концентрации раствора па (и аа при неизменном
d а
«а) приводит к увеличению скорости разложения на всем про-
тяжении процесса; в итоге время т, необходимое для достижения мо-
дуля «0, уменьшается в значительно большей степени, чем концен-
трация аа.
Таким образом, удельная производительность декомпозеров на-
ходится в обратной зависимости от каждого из трех основных па-
раметров процесса (па> аа. “о) при практически используемом диа-
йазоне их значений.
Для иллюстрации приводятся примерные кривые разложения а=
=f(t) (см. рис. 68) и значения удельной производительности (р),
вычисленное по формуле (38) (стр. 220).
а
а
а
О
П
a
ч
г/л
р, кгКм3-ч)
1.8 1.6 1,6 1,6
3,5 3,5 3,2 3,2
125 125 125 150
60 . 60 40 60
0,69 0,79 1.09 0,88
Следует учитывать, что величины na, аа, а0 входят в число
основных технологических параметров, определяющих технико-эко-
номические показатели процесса Байера в целом.
Рис. 68. Примерные кривые раз-
ложения алюминатного раство-
ра (выкручиванием:
/—»a=125 г/л; 2-4160 г/л
Поэтому влияние на производительность декомпозеров этих пара-
метров не может служить достаточным критерием их оптимальных
значений. Так, уменьшение «д и а0, выгодное для декомпозиции,
приводит к увеличению пароемкости производства (см. стр. 216).
Температурный режим
В каждой фазе выкручивания чем ниже температура, тем быст-
рее идет процесс разложения и тем мельче выделяющаяся в данный
момент гидроокись. С другой стороны, чрезмерное укрупнение гидро-
окиси приводит к понижению ее затравочной активности и может
послужить причиной ненормального измельчения гидроокиси в по-
следующих циклах оборота затравки.
Оптимальный температурный режим предусматривает понижение
температуры пульпы в определенном соответствии с изменением со>-
става раствора по мере выкручивания и устанавливается опытным
путем в зависимости от сочетания всех влияющих на этот .процесс
условий. Для регулирования скорости охлаждения используют есте-
ственное (внешняя аэрация) и искусственное охлаждение декомпо.-
зеров.
Применяются следующие способы охлаждения пульпы в деком-
по.зерах (см. гл. VI, стр. 264):
а) регулируемым потоком воздуха над зеркалом пульпы, т. е. В'
основном за счет испарения воды (приточно-вытяжные устройства с
естественной тягой); в теплых климатических зонах применяются
также декомпозеры без крышек, с открытым зеркалом пульпы.
б) водяное охлаждение с помощью вертикальных трубчатых эле-
ментов или водяных рубашек на трубах аэролифтов;
в) водяное (пленочное) орошение наружной поверхности деком-
позеров (устаревший способ).
Предварительное охлаждение алюминатного раствора (до подачи
его в декомпозеры) производится одним из следующих способов:
И) воздушное охлаждение в полом скруббере;
2) теплообмен с маточным раствором, направленным на упарку;
8) многоступенчатое вакуум-охлаждение с использованием вто-
ричного пара первых ступеней для подогрева маточного раствора.
Два последних способа наиболее современны; их сравнительная
экономичность зависит от концентрации алюминатного раствора,
стоимости пара и других факторов.
Количество затравки
Скорость процесса разложения находится при прочих равных ус-
ловиях в прямой зависимости от суммарной поверхности кристаллов:
гидроокиси, взвешенных в единице объема пульпы. Эта поверхность
определяется следующими величинами:
1. Затравочным отношением Я (отношение по массе А12О3 в за-
травке к А12О3 в алюминатном растворе). Так как затравка .занимает
объем и, кроме того, вносит с собой некоторое количество маточного
раствора, повышающего каустический модуль смеси, увеличение за-
травочного отношения целесообразно лишь до известного предела.
Этот предел тем ниже, чем больше маточного раствора вносится с
затравкой. Так, если затравкой служила сгущенная гидратная пуль-
па, ппактиковалось выкручивание при затравочных отношениях 1 —
1,4. Переход на фильтрацию затравки сопровождался повышением
затравочного отношения. В настоящее время на большинстве отече-
ственных и зарубежных заводов Я=11,5-4-13,0. Высокие затравочные
отношения (R =(2,5-4-13,0) иапболее оправданы при работе алюминат-
ных растворов повышенной концентрации (как интенсифицирующий
фактор, частично компенсирующий неблагоприятное влияние высокой
концентрации щелочи). Кроме того, высокое затравочное отношение
способствует стабилизации физических свойств гидроокиси.
Практически целесообразная величина R ограничивается возра-
стающими затратами на фильтрацию.
2. Удельной поверхностью затравочной гидроокиси, определяемой
степенью дисперсности последней, формой частиц и состоянием их
поверхности.
Условная удельная поверхность (для шарообразной формы час-
тиц гидроокиси), м2]кг
/ = 2480/6,] (32)
где б — условный диаметр частиц, мкм.
При использовании в качестве затравки рядовой гидроокиси (ус-
ловный диаметр основной массы частиц 40—60 мкм) и затравочном
отношении 7?='1 суммарная поверхность частиц в 1 м3 исходной
пульпы равна 3—6 тыс. м2.
Способы увеличения (удельной поверхности затравочной гидро-
окиси:
а) приготовление активной высокодисперсной затравки выкручи-
ванием при специальном режиме. Такую затравку вводят в неболь-
шом количестве (R = 0,03-^0,11), однако полученная гидроокись по
крупности значительно уступает обычной. Этот способ, возникший на
немецких заводах, не получил распространения;
б) классификация полученной гидроокиси по крупности частиц в
гидросепараторах (типа сгустителей, со спиральными гребкам,и или
конические, без гребков). Верхний продукт (затравка) содержит
обычно 70-—80% частиц б <50 мкм. Прирост удельной поверхности
частиц затравки невелик (порядка 10%); более важным результатом
классификации является удаление из нижнего продукта («продукци-
онного гидрата») основной массы тонких фракций.
Применение классификации не изменяет скорости роста кристал-
лов, а приводит к усреднению гидроокиси по крупности частиц.
Вместе с тем классификация может способствовать нежелательному
накоплению в системе тонкой, но малоактивной гидроокиси (которая
в этом случае не выводится с продукцией). В 'настоящее время клас-
сификация гидроокиси имеет ограниченное применение.
Отделение маточного раствора
от гидроокиси
Если выкручивание ведется при относительно невысоких затра-
вочных отношениях (содержание твердого в полученной пульпе 350—
450 г!л), основная масса маточного раствора обычно отделяется ме-
тодом отстаивания (сгущения) декомпозерной пульпы (или при
классификации — слива гидросепараторов) в однокамерных или мно-
гокамерных сгустителях. Перед сгущением в многокамерных сгусти-
телях, чувствительных к перегрузке тяжелым осадком, практикуется
осаждение большей (и наиболее коупной) части гидроокиси в кони-
ческих безгребковых аппаратах типа гидросепараторов или в гидро-
циклонах.
Сгущенная пульпа фильтруется на вакуум-фильтрах. На ряде сов-
ременных зарубежных заводов (Франция, Гвинея, ВНР), преимуще-
ственно работающих при высоких па и R, декомпозерпая .пульпа,
содержащая до 500—>600 г/л гидроокиси, фильтруется без предвари-
тельного сгущения, обычно на дисковых вакуум-фильтрах (со сни-
женной приблизительно вдвое удельной производительностью по
твердому). Фильтрат обычно содержит взвесь тонкодисперсной гид-
роокиси (110 г/л и более), для отделения которой применяется от-
стаивание — совместно с декомпозерной пульпой (СССР) или в от-
дельных сгустителях (ВНР); более пелесообразна контрольная
фильтрация.
Фильтрация слива гидратных сгустителей при содержании в нем
более 2—3 г/л твердого также экономически оправдана.
Способы промывки продукционного гидрата
П. Методическая промывка сгущенного гидрата (с промежуточной
репульпацией) в системе однокамерных сгустителей специального
типа или цилиндро-конических безгребковых промывателей (при-
менялась на заводах СССР и США).
2. Методическая промывка с 2—3-кратной репульпацией и отделе-
нием гидрата на барабанных вакуум-фильтрах. Этот способ более
экономичен (расход промывной, подлежащей выпариванию воды
сокращается с 1-А ,5 до 0,6—0,8 м3/т АЬОз) и в настоящее время
является стандартной схемой промывки гидрата на отечественных
глиноземных заводах.
3. На ряде зарубежных заводов гидрат подвергается однократной
репулыпации и домывается при фильтрации иа барабанном фильтре
(вытеснением). Применяются также карусельные фильтры, наиболее
приспособленные для промывки вытеснением.
Аппаратурная схема выкручивания
Примерная схема одного из аппаратурных вариантов процесса
получения гидроокиси алюминия методом выкручивания показана на
рис. 69.
Уровень пульпы во всех декомпозерах поддерживается автомати-
чески путем изменения подачи сжатого воздуха в транспортные
аэролифты по импульсу от поплавкового уровнемера.
Автоматическое управление процессом разложения алюмината
натрия в батареях непрерывного действия заключается в поддержа-
нии постоянства температуры алюминатного раствора после тепло-
обменника, стабилизации давления сжатого воздуха, подаваемого в
аэролифты, и в поддержании уровней пульпы в декомпозерах, обес-
печивающих наилучшее использование объема аппаратов. Для пре-
дупреждения возникновения аварийных режимов предусматриваются
аварийная световая и звуковая сигнализации о падении давления
сжатого воздуха и переполнении декомпозеров.
На некоторых зарубежных заводах декомпозеры с воздушным пе-
ремешиванием располагают каскадно; транспорт пульты производится
по двум каналам: ответвлением части потока из циркуляционного
аэролифта и прямым перетоком из отстойной зоны в верхней части
декогмпозера.
Рис. 69. Примерная аппаратурная схема узла выкручивания и фильтрации
гидрата:
/ — теплообменник трубчатый или пластинчатый; 2 — декомпозеры с воздуш-
ным перемешиванием, емкостью 1000—1800 м3; а — циркуляционный эрлифт;
б — траиспортный эрлифт; 3 — гидросепаратор; 4 —сгуститель двух-трех-
камерный диаметром 9—15 м специального типа; 5 — вакуум-фильтр барабан-
ный с фильтрующей поверхностью до 40 м2, с металлической или капроновой
ткныо; £ —рекуператоры; А— алюминатный раствор; ЗП — затравочная
рульпа; ДП — декомпозерная’ пульпа; С—слив гидросепараторов; М — -ма-
точный раствор иа выпарку; Г — продукционная гидроокись; ПВ — промывоч-
ная вода; В — чистая вода на промывку
Режимные показатели
Режимные показатели выкручивания растворов на отечествен-
ных заводах (аа =)1,6б—1,75; ла —125—(1’40 г/л).
Температура разложения, ° С:
начальная ..........., ,
конечная ........................- .
Затравочное отношение . ...........
Длительность выкручивания, ч . ...
Конечный каустический модуль (глубина
разложения) . ..................,
Фракционный состав продукционной гид-
роокиси, %:
0—10 мкм . . . .
0—50 мкм ............................
Нагрузка по сливу м3/ч на 1 м2 площади
слнва:
в гидросепараторах . . .
в сгустителях затравки ..............
Степень сгущения нижнего продукта.
г/л (Ж:Т): .........................
Температура в промывной системе, ° С
Удельная производительность барабанных
вакуум-фильтров прн хорошем предвари-
тельном сгущении гидрата (т А1гО3/№ об-
щей поверхности фильтрации):
при фильтрации от маточного раствора
при фильтрации промытого гидрата
55-65
42—46
1,5—2,5
55—70
3,4—3.7 .40—55%)
2—6
30—60
1,5-3
0,25—0,4
700—900 (0,8—1)
70—80
От 1,5
До 3,0
Влажность кека, %:
при фильтрации от -маточного раствора 22—25
при фильтрации промытого гидрата 10—12
При фильтрации без отдувки влажность (промытого гидрата мо-
жет быть снижена до 8—9%; при этом производительность фильтра
уменьшается до I—1,2 т/ч А12О3 на I лА
Расчетные формулы
Степень разложения, %:
6== ЮО (33)
«о
Объем деком'позерной пульпы, м3/т выкрученной А12О3:
где аа—содержание AI2O3 в алюминатном растворе, г/л;
v3 — объем затравочной пульпы (кека) на 1 кг содержащейся
-в ней А12О3, равный:
для сгущенной затравки (850 г/л А1(ОН)3) 1,8 л,
для фильтрованной затравки (23% раствора) 11,0 л.
Удельная производительность декомпозеров, кг/ч кальцинирован-
ного глинозема на 1 л8 полной емкости декомпозеров, кг/(л3-ч):
1000 Гаа («о — Ца)
РдТ (1 ф- 0,001 v3Ra&)a0 т
где т—• длительность полного цикла выкручивания, ч;
ф — 0,92-ь10,94 — коэффициент, -учитывающий температурное рас-
ширение раствора, степень заполнения декомпозеров пуль-
пой, обратное растворение гидроокиси, увлеченной маточным
раствором, потери в последующих переделах и г. п.
Номограмма для определения содержания гидроокиси (г/л) и от-
ношения Ж : Т по плотности пульпы дана на рис. 70.
Выпарка
Общ-ие сведения
Цель упаривания «слабого» раствора (смеси маточного раствора
с гидратной промводой и со щелочным раствором, полученным каус-
тификацией оборотной соды) —восстановление необходимой для вы-
щелачивания боксита концентрации оборотного раствора путем уда-
ления введенной в цикл воды.
В последней стадии выпарки происходит кристаллизация из ра-
створа избыточной соды (в виде моногидрата), иногда с примесью
других солей натрия (Na2SC>4, NaF, оксалат натрия и др.), а также
смолистых органических веществ. К-роме того, при подогреве и упа-
ривании раствора вдыеляется небольшое количество алюмосиликата
натрия, отлагающегося тонким слоем на поверхности греющих тру-
Рис. 70. Плотность гидратной пульпы в зависимости от содержания
в ией гидроокиси алюминия; плотность пульпы при:
/—у =1,0; 2-1,05; 3—1,1; 4—1,'16; 5—1,2; 6—1,25; 7-1,3; Ж:Т
Р при 1' — Vp =1.0; 2х—<1,1; 3'—1,2; 4'—1.3
бок выпаренных аппаратов и подогревателей. Скорость инкрустации
тем выше, чем выше температура и ниже концентрация раствора.
Выпарка производится в многокорпусных вакуум-выпариых бата-
реях в одну или реже — в две стадии. При двухстадийной выпарке
испарение воды производится последовательно в двух выпарных ус-
тановках:
1-я стадия—до «средних щелоков» (до начала кристаллизации
солей), в многокорпусной выпарной батарее. При этом испаряется
основная часть (85—90%) всей удаляемой воды;
'2-я стадия — окончательное упаривание с выделением солей — в
специальной выпарной установке (однокорпусной с использованием
вторичного пара для других нужд или в двухкорпусной).
На рис. 711 показаны основные схемы движения раствора в вы-
парной батарее (четырехкорпусной), определяющие ее температурно-
концентрационный режим.
Прямоточная схема применяется при упаривании раст-
воров с малым содержанием органических веществ и с незначитель-
ным выделением солей. Начальная температура выпарки ограничена,
так как низкая концентрация раствора в первом корпусе способству-
ет выделению в нем алюмосиликата.
Рис. 71. Схемы выпарки:
а — прямоточная схема; б— схема смешанного тока
(вариант 2—2); в — противоточная схема; П— пар;
Р — раствор. Нумерация корпусов по ходу пара, К—
конденсатор
Схема смешанного тока применяется при упаривании
растворов, содержащих органические вещества и выделяющих зна-
чительное количество соды (до 20 г 'Na?COs-HpO .на <1 л крепкого
раствора), а также сульфата натрия (см. гл. III).
При противоточной схеме создается режим, обеспе-
чивающий наименьшую скорость отложения алюмосиликата. Недо-
статок этой схемы в необходимости применения иасосов для пере-
дачи раствора из корпуса в корпус.
Выпарные аппараты
Обычно применяются длиннотрубные выпарные аппараты с вы-
носными калоризаторами или аппараты колонного типа — с естест-
венной циркуляцией или без циркуляции (аппараты пленочного
кипения для корпусов, работающих без выделения солей).
IC-9
Для последних стадий выпарки с обильным солевыделением при-
меняются также выпарные аппараты с вынесенной зоной кипения и
аппараты с принудительной циркуляцией.
Кристаллы солей отделяются от крепкого раствора осаждением
в сгустителях с последующей фильтрацией па вакуум-фильтрах 'или
в центрифугах.
Аппаратурная схема трехкорпусной батареи смешанного тока
производительностью ©0—70 т/ч по выпаренной воде показана на
рис. 72.
Примерные показатели режима батареи даны в табл. 69, а ха-
рактеристика растворов — в табл. 70.
Таблица 69
Режим трехкорпусной батареи смещенного тока
Корпуса батареи Самоиспа-
Показатели I 11 III ритель крепкого раствора
Температура насыщения греющего пара, °C .... 150 ПО 88
Температура раствора, °C . 127 97 71 107
Давление вторичного пара, ат 1,6 0,7 0,22 0,75
Количество выпаренной во- ды, т/ч 25 17 16 2
Таблица 70
Характеристика растворов
Растворы
Концентрация Температура,
Na2OK , % °C
Слабый ................................
Средний ...............................
Крепкий (готовый продукт) .............
10 40
14,1 71
20,8 107
Кратность выпарки
Кратность выпарки — это число рабочих корпусов в батарее. Воз-
можная кратность использования пара зависит в основном от име-
ющейся в распоряжении полезной разности температур в батарее.
Верхний предел ограничивается условиями выделения алюмосилика-
та (особенно три прямоточной выпарке), а также возрастающей с
температурой коррозией греющих трубок. Нижний предел лимити-
руется возрастающей с понижением температуры вязкостью раство-
ра, а также затратами 'на создание вакуума.
Обычно для обогрева корпуса 1 применяется пар давлением не
выше 5 ат (Z|=I1SO°C). При разрежении в конденсаторе ~ 600 мм
рт. ст. К=='60г'С. Из общей разности температур t\—<2=00 град при
упаривании до 300 г/л Na2'OK сумма потерь на депрессию в трех-
четырехкорпусной батарее составляет 85—43 град; полезная разность
температур не превышает соответственно 60—40 град.
Более высокая кратность выпарки применяется при упаривании
оборотных растворов в 'интервале 'более низких концентраций (на-
пример, при переработке гидраргиллитовых 'бокситов)..
Ниже приводится удельный расход 'пара (при упарке раствора,
поступающего с температурой 40—50°С, до 40—50% первоначального
объема) в тоннах на 'I г вышаренной воды:
Кратность выпарки . . . .
Удельный расход пара, т/т
3 4 5
0,45—0,48 0,40—0,43 0,37—0.40
Расход охлаждающей воды,
использование конденсата
Как правило, для питания водой конденсаторов смешения выпар-
ной станции (а иногда и для других потребителей охлаждающей
воды в глиноземном производстве) применяется самостоятельная
система водооборота через охлаждающие градирни. Часть воды из
оборотного цикла непрерывно отводится на промывку шлама и за-
меняется свежей. Тем самым обеспечивается возврат в производство
щелочи, увлекаемой паром в конденсаторы смещения, и устраняется
загрязнение ею водоемов.
Температура воды, поступающей в конденсаторы, 25—30°С, отхо-
дящей 45—50°С. Расход оборотной воды обычно составляет 25—
35 л:3 на 11 т пара, получаемого в последнем корпусе.
Конденсат свежего пара, а также обычно часть конденсата вто-
ричных шаров (наиболее чистого) возвращается в котельную. При
наличии автоматического контроля качества конденсата возможен
возврат его в размере полного 'паропотребления глиноземного произ-
водства. Остальная часть конденсата используется на внутренние
нужды (промывка шлама и гидрата).
5. Удельный расход пара и пути его сокращения
Гидрохимические процессы характеризуются сравнительно высо-
ким расходом пара. Общий расход пара, необходимый для получения
1 т глинозема из моногидратных бокситов по методу Байера, зави-
сит от технологических параметров и аппаратурных решений и нахо-
дится в пределах 2,5—>6,5 т (11,17—4,5 Гкал).
Свежий пар потребляется для выпарки (давлением 5—6 ат) и
для автоклавного выщелачивания (до 40 ат). Для остальных нужд
(подогрев жидкостей в пределах ЧСХУС) используется, как правило,
вторичный пар от последней ступени самонспарения автоклавной
пульпы, а при отсутствии автоклавного процесса — экстрапар выпар-
ных батарей.
Далее рассматриваются основные пути сокращения удельного рас-
хода пара.
Уме > ь ш с н и е количества испаряемой воды
1. Сокращение оборота щелочи путем снижения каустического
модуля алюминатного раствора.
Так, при снижении «а с 1,7 до 11,5 щелочной поток уменьшается
на 20—23% (см. формулу .114); соответственно сокращается и коли-
чество испаряемой воды.
Возможность снижения каустического модуля алюминатного ра-
створа, поступающего на разложение, ограничивается стойкостью
его в условиях сгущения и промывки красного шлама («а должен
быть не ниже Д,6—>1,65). Поэтому при получении более низкого
каустического модуля в процессе выщелачивания часть маточного
раствора должна быть направлена на разбавление пульпы перед
сгущением или первой промывкой шлама для повышения аа до не-
обходимой величины. Однако этим внутренним оборотом щелочи не
уменьшается экономия лара, так как цикл замыкается, минуя выпар-
ку и выщелачивание.
2. Снижение концентрации упаренного оборотного раствора (п0)-
Так, например, при снижении п0 с 300 до 220 г/л (при на = 130 г/л)
уменьшается количество испаряемой воды при прочих равных усло-
виях приблизительно на 28%.
При выщелачивании диаспоровых бокситов при температурах до
240О|С, достигаемых на современных автоклавных установках, воз-
можности снижения аа и по ограничены.
3. Повышение концентрации разбавленного алюминатного раство-
ра (па). Для достижения такого же уменьшения количества испа-
ряемой поды, как в предыдущем примере, достаточно повыситьпа со
130 до 155 г/л Na2OK. Однако возможность использования этого
приема ограничивается уменьшением скорости разложения алюмина-
та при выкручивании по мере повышения концентрации щелочи. При
повышении па до '150—(160 г/л Na2OK глубина разложения .практи-
чески должна быть уменьшена до а0=2,9ч-ВД, что приводит к не-
которому увеличению оборота щелочи и тем самым снижается
эффект повышения концентрации. Кроме того, несколько замедляется
отстаивание шлама.
Тем не менее повышение концентрации алюминатного раствора в
указанных пределах используют на некоторых зарубежных заводах
для сокращения расхода пара
В табл. 711 приводятся ориентировочные количества испаряемой
воды при некоторых значениях основных параметров.
Таблица 71
Количество испаряемой воды в зависимости от па, п0 и ао, т/т
продукции (во всех случаях аа = 1,6)
“о "а- г/л Количество испаряемой воды при п0, г/л
300 220
3,4 130 8,1 5,8
3,4 160 5,4 3,1
3,0 160 6,1 3,5
Предел сокращения удельного количества испаряемой воды, ка-
кими бы путями оно не достигалось, определяется тем минимальным
количеством, которое необходимо ввести в цикл -при промывке крас-
ного шлама в системе сгустителей. Для удовлетворительной отмывки
шлама (потеря растворенных веществ не более 1—>1^5% от поступа-
ющих на промывку) требуется не менее б—6 т воды иа 1 т сухого
шлама, что для красных бокситов среднего качества отвечает 4—
7 т/т продукции. При автоклавном выщелачивании с нагревом пуль-
пы через поверхность теплообмена часть введенной воды удаляется в
процессе самоиспарения, однако не более 1—2 т/т продукции.
Таким образом, максимальное использование указанных выше
путей сокращения расхода пара на выпарку не всегда возможно.
4. Увеличение кратности выпарки. При понижении
концентрации упаренного раствора уменьшается сумма депрессион-
ных потерь теплового напора в выпарной батарее и создаются пред-
посылки для увеличения кратности выпарки (стр. 215). Так, при
упарке оборотного раствора от U120—П130 до 210—230 г/л Na2OK 'При
незначительном выделении солей возможно применение пятикратной
выпарки.
IC повышением концентрации алюминатного (а следовательно, и
маточного) раствора увеличивается сумма депрессионных потерь, это
препятствует повышению кратности выпарки.
Сокращение затрат пара на выщелачивание.
Расход пара на выщелачивание боксита приблизительно пропорцио-
нален выражению
VoT’(l-z),
где Vo—объем оборотного раствора;
T=tK—to—общий подъем температуры пульпы при выщелачива-
нии;
г—коэффициент рекуперации тепла (см. стр. 198).
При снижении модуля получаемого алюминатного раствора (аА )
уменьшается Vo, в то время как ,при снижении концентрации обо-
ротного раствора («о), Vo увеличивается в обратной пропорции.
При переработке бокситов 'моногидратного типа, особенно трудно
вскрываемых '(диаспоровых), как понижение концентрации щелочи
(«:>), так и уменьшение ее дозировки (аа) приводит к необходи-
мости значительного повышения температуры выщелачивания (/к),
т. е. увеличения Т.
Таким образом, уменьшение (или даже сохранение) расхода пара
на выщелачивание при понижении концентрации оборотного раствора
возможно лишь путем соответствующего увеличения коэффициента
рекуперации г. Зависимость этого показателя от числа ступеней и
поверхности теплообмена указана на стр. 198.
Существенную роль играет также применение натрева через по-
верхность для всех стадий нагрева пульпы, так как прямой (контакт-
ный) подогрев вызывает дополнительное снижение концентрации ще-
лочи в сфере выщелачивания, а следовательно, и необходимость до-
полнительного повышения температуры.
'Кроме того, если уменьшение количества испаряемой воды лими-
тируется требованиями .промывки шлама, добавление конденсата
греющего пара в любой точке цикла означает необходимость допол-
нительного испарения равного количества воды.
Использование низкопотенциальных тепловых
отходов:
1) подогрев возвращаемой в цикл подшламовой воды в конденса-
торах смешения (от 5—ЙО°С до 45—50°С);
2) теплообмен между алюминатным и маточным растворами. Ис-
пользование этих тепловых ресурсов целесообразно лишь при отсут-
ствии или недостатке отходов пара более высоких параметров—'из
последней ступени самоиспарения автоклавной пульпы, т. е. при вы-
сокой степени рекуперации или при безаптоклавном выщелачи-
вании.
В конечном итоге указанными выше путями общий расход пара
может быть уменьшен до 2.6—4,0 т/т продукции (в зависимости от
удельного количества и свойств красного шлама, вскрываемости бок-
сита и других факторов).
Для реализации указанных выше способов сокращения расхода
пара необходимы дополнительные капитальные затраты и сущест-
венное усложнение аппаратурно-технологической и тепловой схем
(повышение рабочего давления аппаратуры для выщелачивания, уве-
личение числа самоиспарителей, 'поверхности нагрева теплообменной
аппаратуры, числа и размеров сгустителей и .промывателей и т. п.).
Поэтому оптимальные технологические параметры и тепловая схема
процесса могут быть определены лишь путем технико-экономических
расчетов с учетом конкретных условий каждого предприятия.
8. .Процесс Байера со спекательной ветвью (параллельно-
комбинированная схема)
Общие сведения
Сущность комбинирования двух процессов (рис. 73) заключается
в том, что щелочь, безвозвратно потерянная в гидрохимическом цикле
(главная ветвь), а также связанная в .карбонат, восполняется ще-
лочью алюминатного раствора, полученного способом спекания
(вспомогательная ветвь).
Особенности производственного процесса:
11) потери щелочи в гидрохимическом цикле компенсируются
кальцинированной содой, вводимой на спекание (как и потери в
процессе спекания); каустическая сода не расходуется;
.2) в гидрохимическом цикле отсутствует операция известковой
каустификации оборотной соды;
3) органические вещества, адсорбированные кристаллами оборот-
ной соды, выгорают в 'процессе спекания, благодаря чему концентра-
ция их в растворах гидрохимической ветви стабилизируется на допу-
стимом уровне;
4) производственный цикл спекательной ветви не замкнут: отсут-
ствуют операции карбонизации, промывки гидроокиси, упарки содо-
вого раствора; возрастает объем выкручивания, а также других опе-
раций главной ветви (см. ниже);
5) в случае необходимости введения дополнительной щелочи иа
выщелачивание опека используется маточный раствор после выкру-
чивания; '
6) образующийся в процессе спекания сульфат натрия проходит
через гидрохимический цикл и выделяется при упарке вместе с обо-
ротной содой (после накопления до предела растворимости в креп-
ком оборотном растворе); в случае необходимости избыток сульфата
можно выводить из цикла (с небольшой примесью соды), упаривая
маточный раствор, полученный раздельным выкручиванием алюми-
натного раствора спекательной ветви.
Боксит
высокосортный
Боксит
низкосортный
Сбда Известняк
кальцинированная
Сова
оборотная
Спекание
Оборотный,
раствор
Гидрохимическая
обработка боксита
Гчврохимическоя
обработка спеко
Упарка,
отделение
совы
Красный
шлам
Алюминатный
раствор „Г“
“П
Выкручивание,
промывка гидрата
V Алюминатный
pacni6op„C"
Кальцинация
\Глинозем\
Рис. 73. Технологическая схема гидрохимического
процесса со спекательной ветвью
Основные предпосылки экономически эффективного применения
параллельно комбинированной схемы:
а) структура сырьевой базы: наличие .высококремнистых бокситов
(спекательных марок) при преобладании бокситов низкокремнистых
(байеровских марок);
б) достаточно большая 'мощность предприятия, оправдывающая
сооружение и эксплуатацию отдельной, отличной по оборудованию,
производственной нитки (спекательной ветви);
в) преобладание производства кальцинированной соды и более
низкая цена ее по сравнению с каустической (считая в обоих слу-
чаях на 1 т Na2O).
Основные расчетные формулы
Обозначения
Убыль каустической щелочи в гидрохимическом цикле, кг Na2O на
1 т товарного глинозема ('извлекаемого из боксита в гидрохимиче-
ской ветви):
Л'п — 'безвозвратные потери (19);
7Vy —переход в карбонат (20).
Молярные отношения:
k' — отношение Na2OK:Na2Oy в оборотной соде,
''с — отношение Na2OK :А12О3, извлеченных из спека.
Соотношение ветвей Отношение количеств глинозема,
извлекаемого из боксита в спекательиой (Ас) ц гидрохимической
(4) ветвях:
4 Nn + 4 (1 + 0,6/У)
х == Аг " 608 «с (36)
Относительный прирост материальных пото-
ков гидрохимической ветви. В общем виде:
N' = N(l +0,
где N — щелочной поток нормального (обособленного) гидрохими-
ческого процесса;
/V' — то же, комбинированного со спеканием.
Значение N находится из формулы (12).
Величина прироста (г) для различных операций (полупродук-
тов) :
а) для оборотного раствора
б) для алюминатного раствора гидрохимической ветви (слива
сгустителей)
1Уп + Ау
га = 1000ао
в) для автоклавной пульпы
Гп= (0,9 ± 0,02) та,
г) для смешанного алюминатного раствора
Ап + Ау (1 +0,6k')
гс = 10004 —
(38)
(39)
(40)
д) для раствора, поступающего на выкручивание (при возврате
части маточника на выщелачивание спека)
Приближенные значения модуля и коэффициента е для нормаль-
ной насыщенной шихты:
BN
ас = (1,01 +0,63 f) (42)
ЬЛ
где f — отношение Fe2O3:Al20s по массе в боксите;
В,- и ВА — выходы соответственно Na2O и А120з при выщелачива-
нии спека.
Ниже .приводятся приближенные значения яс .и е для характер-
ных производственных условий (BN'-BA =11,08; каустический модуль
алюминатного раствора спекательной ветви «а =4,5, если
<4,5);
f................................
а ...............................
С
е...............................
0.2 0,3 0.4 0,5 0,6 0,7
1,22 1,29 1,36 1,43 1,50 1,57
1,21 1,15 1,09 1,05 1,00* 1,00*
Смешанная схема
Если Ас: Аг больше, чем следует из равенства (36), избыточная
часть глинозема в спекательной ветви получается путем замкнутого
процесса, т. е. карбонизацией алюминатного раствора с возвратом
содового маточника в шихту. Такая схема называется смешанной.
Если при этом доля спекательной ветви достаточно велика, так что
4 +
л "" 608 ас
(43)
где уо — отношение Na2Oys Na2OT> отвечающее растворимости соды
в крепком оборотном растворе, то путем «обмена растворов» можно
полностью устранить выпадение моногидрата соды при упарке обо-
ротного раствора гидрохимической ветви. Для этого весь алюминат-
ный раствор спекательной ветви подается в гидрохимическую ветвь
на выкручивание; избыток щелочи (сверх необходимой для компен-
сации потерь) выводится из гидрохимического цикла в виде алюми-
натного раствора, который в соответствующем количестве возвра-
щается в спекательную ветвь — на карбонизацию.
Постоянно отводимая из гидрохимического цикла часть алюми-
натного раствора является достаточно широким каналом не только
для вывода поступающей в цикл углекислоты, но и для удаления
органических веществ (последние вместе с содовым раствором пос-
ле карбонизации поступают в шихту и выгорают при спекании).
7. Процесс с двукратным извлечением глинозема (последовательно
комбинированная схема Байер-спекание)
Отличие этой схемы (рис. 74) от параллельно комбинированной
(см. стр. 218) заключается в том, что в спекательной ветви перера-
батывается не боксит, а шлам после выщелачивания боксита в
гидрохимической ветви.
* Выщелачивание спека без добавки маточного раствора.
Особенности производственного процесса, отмеченные на стр. 2Г8,
а также основные количественные соотношения (формулы 42, 43,
44, 46) в общем виде имеют силу и для последовательно комбини-
рованной схемы; значения параметров спекательпон ветви (ос, е)
значительно отличаются.
Рис. 74. Технологическая схема гидрохимического про-
цесса с двукратным извлечением глинозема
Процесс спекания шлама имеет следующие существенные техно-
логические отличия от спекания боксита:
1) менее благоприятно соотношение основных компонентов в ис-
ходном материале — шламе, который представляет собой смесь алю-
мосиликата натрия с большим количеством окиси железа (отноше-
ние Fe2O3: А120з по массе в шламе численно близко к отношению
Fe2O3: SiO2 в боксите);
2) молярное отношение Na2O : R2O3 в шихте (определяемое сос-
тавом первичного шлама, т. е. отношением Fe2O3: SiO2 в боксите,
величиной конечных потерь щелочи и количеством оборотной соды,
образующейся в гидрохимическом цикле) не может быть произволь-
но изменено и не всегда оптимально для процесса спекания;
3) операция спекания усложнена вследствие суженного темпера-
турного интервала спекообразования; извлечение глинозема и щело-
чи из опека ниже, чем при переработке бокситовых шихт.
Однако благодаря двукратной переработке сырья конечные поте-
ри глинозема и щелочей значительно ниже, чем при переработке по
другим схемам.
Последовательно комбинированная схема может быть наиболее
эффективно применена д(ля переработки маложелезпстых тригидрит-
ных бокситов с кремневым модулем 3—6 (спекательпых марок).
Как уже было сказано выше, формула (40), выражающая соот-
ношение гидрохимической и спекательной ветвей, справедлива и
для последовательно комбинированной схемы, однако для практиче-
ского пользования она мало пригодна, так как величина ас не мо-
жет быть определена без специальных расчетов. Более удобна сле-
дующая формула:
Лс (100-Иг)-Ис
где Иг— извлечение окиси алюминия в раствор в гидрохимической
ветви (% от содержания в боксите);
Ис — то же, в спекательной ветви '(% от содержания в первич-
ном шламе).
Для гпдраргиллитовых бокситов можно принять
Иг=(1 — s)100.
При переработке мелкожелевистых бокситов (Fe2O3 : SiO=0,5—
1,4) Йс=75-е- 80%.
Ниже приводятся ориентировочные расчетные показатели, ха-
рактеризующие эффективность применения последовательно комби-
нированной схемы для бокситов различного химического состава.
Условные исходные данные: боксит гидраргиллитовый, бескарбо-
натный; известняк среднего качества (2% SiOa); топливо беззоль-
ное, бессернистое; извлечение глинозема при выщелачивании опека:
шламового 78%, бокситового 80—85%.
На рис. 75 показаны сравнительные показатели переработки ма-
ложелезистого гидраргиллитового боксита тремя способами.
Затраты на переработку шлама спеканием зависят в основном
от удельного количества спека. Количество спека, которое необхо-
димо получить при переработке боксита различного состава по по-
следовательно комбинированной схеме, т/г общего глинозема и %
от количества опека, получаемого при переработке того же бокси-
та способом спекания, показано в табл. 72.
Количество спека на 1 г извлеченного из шлама глинозема 8—
10 т. Молярное отношение Na2O : А12О3 в шламовом спеке находит-
ся обычно в пределах 1,3—4,6; шихта получается насыщенной (т. е.
избытка щелочи достаточно для связывания всей окиси железа в
феррит натрия), если отношение Fe2Os: SiO2 по массе (или равное
ему отношение f: s) в боксите не превышает 0,6—0.9. При более
высоком содержании окиси железа в шихту вводят дополнительное
количество известняка из расчета связывания избытка окиси железа
в феррит кальция.
Шламы со значительным содержанием окиси железа (например,
f:s=2) в чистом виде мало пригодны для переработки обычным
способом спекания. В этом случае технологические свойства шихты
могут быть улучшены добавкой исходного боксита. При этом
уменьшается отношение Fe2O3: А120з в шихте, получается спек,
Рис. 75. Ориентировочные технологические показате-
ли процессов переработки боксита в зависимости от
его кремневого отношения:
1 — способ Байера; 2 — способ спекания; 3 — после-
довательно комбинированная схема;
В — товарный выход глинозема, % от содержания
в боксите; 2УП — конечные потери щелочи, кг Na2O
на 1 т товарного глинозема; Хо — доля спекатель-
ной ветви, % от общей выработки глинозема
Таблица 72
Количество спека, которое необходимо получить при переработке
бокситов различного состава по последовательно комбинированной
схеме
’ Fe2O3
/ — — ' по массе
, А12Оз
Бокситы Количество спека при переработке бокситов с кремневым отношением (s)
0.1* 0,25** 0,5**
т/т % т/т % т/т %
Маложелезистые (/-0,1) , . 0,7 25 1,5 43 3,0 61
Среднежелезистые (/-0,4) — — 2,0 49 3,5 66
Высокожелезистые (/-0,8) . — — — — 4,1 70
* Боксит байеровский. ** Боксит спекательпый.
более богатый окисью алюминия и облегчается процесс спекания.
Однако при этой (параллельно-последовательной) схеме часть бок-
сита, вводимая непосредственно в шихту, подвергается только од-
нократной переработке; поэтому возрастает доля АкО3, извлекае-
мого в спекательной ветви, а также общая сумма потерь окиси
алюминия в щелочи.
Эта схема является смешанной: необходимое отношение
Na2O : R2O3 в спеке ие может быть обеспечено без добавления в
шихту оборотного содового раствора, Д*ля получения которого
часть алюминатного раствора должна разлагаться методом карбо-
низации. Такой дополнительный передел значительно усложняет тех-
нологическую схему процесса. Указанные выше формулы (36)—(44)
к данному варианту не применимы.
8. Гидрохимический процесс переработки алюмосиликатных пород
При химическом обогащении (стр. 176) действие концентриро-
ванного щелочного раствора на нефелиново-сиенитовую породу
ограничивается извлечением избытка кремнезема (сверх 2,2—
2,6 MOjiff SiO2 на 1 моль А12О3). Если же щелочную обработку алю-
мосиликатной породы, например уртита, вести в присутствии из-
вести, то при надлежащих дозировке реагентов и режимных услови-
ях (концентрация Na2O>350 г/л, температура >260°С) алюмоси-
ликат может быть почти полностью разложен. Кремнезем связыва-
ется в натриево-кальциевый силикат, окись алюминия переходит в
раствор в количестве до 0,1 моль на 1 моль Т?2ОК (а=11 4-12).
Выделение окиси алюминия из такого раствора может быть осу-
ществлено в две стадии: а) упаривание раствора до концентрации
450—500 г/л Na2O с кристаллизацией алюмината натрия; б) раст-
ворение кристаллического продукта (а= 1,34-1,6) и разложение ра-
створа обычным выкручиванием с возвратом маточного раствора на
выпарку, щелочной раствор после отделения алюмината, имеющий
каустический модуль а=30ч-34 (см. рис. 8, правые ветви изотерм)
возвращается на обработку породы.
Щелочь, связанная в натриево-кальциевый силикат, извлекается
в раствор при обработке шлама в условиях пониженной концентра-
ции (~60 г/л Na2O) при 90°С и после упарки также может быть
использована для обработки породы.
Таким образом, имеется принципиальная возможность построе-
ния замкнутого гидрохимического процесса переработки алюмоси-
ликатов, природных или искусственных (шлам процесса Байера),
с минимальным объемом термических операций (обжиг извести,
кальцинация глинозема). При использовании богатых щелочами
пород избыток щелочи выводится из цикла в виде попутных товар-
ных продуктов.
Основной недостаток этого процесса — весьма большой оборот
щелочи: не менее 20 моль. Na2O на 1 моль извлекаемой А12О3 (про-
тив 3—3,5 иМольДиоль в способе Байера), что предопределяет высокий
расход тепла на упарку растворов.
Однако, как и в способе Байера, поток растворов, а следователь-
но, и пароемкость гидрохимического процесса мало зависят от
удельного количества нерастворимого остатка (т. е. от отношения
s=SiOs : АЬО), n то время как в термических способах объем спе-
кания и удельный (на 1 т глинозема) расход топлива приблизи-
тельно пропорциональны кремневому отношению в сырье.
Кроме того, в гидрохимическом процессе расход известняка поч-
ти вдвое меньше, чем в спекательном (кремнезем в конечном сче-
те связывается в монокальииевый силикат).
Поэтому гидрохимический процесс может представить практиче-
ский интерес в случае вовлечения в сферу промышленного использо-
вания щелочных алюмосиликатных пород, богатых кремнеземом
(s=2-r2,5).
Г л а в a IV
СПОСОБЫ ПРОИЗВОДСТВА
ГЛИНОЗЕМА ИЗ АЛУНИТА
Алунитовая руда состоит из минерала алунита (Na, K)2SC>4-
A12(SO4)s-2A12O3-6H2O и пустой породы.
Средний химический состав алунитовой руды одного из место-
рождений с содержанием алунита 51%:
21,2% АЬОз (в алуните 19,2%, в каолините и других соединени-
ях 2%); 20,1% SO3; 3,6% К2О; 1,4% Na2O; 40,5% SiO2; 5,1% Fe2O3;
6,5% Н2О; 1,6% прочих примесей. Пустая порода содержит в ос-
новном кварц и примеси каолинита.
Алунитовая руда отличается от других алюминиевых руд следу-
ющими особенностями химического и минералогического состава:
1) в алуните имеется Na2O и К2О в виде сульфатов;
2) в алуните содержится значительное количество SO3 в виде
сульфатов (75% всего количества SO3 связано с одной третью окиси
алюминия в виде сульфата алюминия и 25% со щелочами в виде
сульфатов натрия и калия);
3) в алунитовой руде содержится значительное количество крем-
незема в форме кварца, практически не растворимого в щелочном
растворе при 85°С.
В СССР разработан ряд щелочных способов производства гли-
нозема из алунитовой руды, по которым А12О3 переводится в
раствор в виде алюминатов натрия и калия путем выщелачивания
сырой или обожженной руды щелочным раствором при 85°С. Крем-
незем при этом остается в нерастворимом остатке. По методу уда-
ления SOs из сульфата алюминия щелочные способы производства
глинозема из алунитовой руды делятся на две группы.
Первая группа способов характеризуется тем, что при щелочном
выщелачивании алунитовой руды наряду с образованием алюмина-
тов натрия и калия SO3 связывается со значительным количеством
щелочи (1000 кг NaOH на 1 т глинозема) с образованием сульфатов
по 'реакции
(Na, K)2SO4-Al2 (SO4)3-2 А12 О3-6 Н2О % 12 (Na, К) ОН =
= 4 (Na, K)2SO4 + 6 (Na, К) А1О2 % 12Н2О.
В раствор переходят также сульфаты натрия и калия, входящие
в состав алунита.
После отделения от нерастворимого остатка и обескремнивания
из раствора алюминатов и сульфатов натрия и калия выкручивани-
ем выделяется гидроокись алюминия. Сульфаты выделются в конце
процесса при выпарке оборотного раствора. Из выделенных сульфа-
тов необходимо регенирировать щелочь, что усложняет технологи-
ческий процесс.
К первой группе относится замкнуто-щелочной способ, по кото-
рому регенерация щелочи из сульфата осуществляется восстанови-
тельным спеканием его с гидроокисью алюминия по реакции:
(Na, K)2SO4 -f-2 Al (ОН)3 + 0,5С = 2 (Na, К)А1О24-
4- SO2 4- 0,5СО2 4- 3 Н2О.
При этом получаются алюминаты натрия и калия и сернистый
ангидрид в дымовых газах.
Количество оборотной гидроокиси алюминия, подвергающейся
спеканию с сульфатом, соответствует 1500 кг А120з на 1 т глино-
зема.
Недостатки замкнуто-щелочного способа: необходимость осу-
ществления восстановительного спекания большого количества
сульфата с целью регенерации щелочи и низкая концентрация SO2 в
отходящих газах, что затрудняет использование их для производст-
ва серной кислоты.
Преимущества первой группы способов: повышенный выход
А12О3 при выщелачивании сырого алунита (до 95%) и возмож-
ность осуществления мокрого размола алунитовой руд*ы.
Вторая группа способов производства глинозема из алунитовой
руды характеризуется удалением SOs из сульфата алюминия в
начале процесса, благодаря чему исключается взаимодействие SO3
со щелочью и образование сульфатов.
Ко второй группе относятся аммиачно-щелочной способ и вос-
становительный способ с ветвью спекания.
По аммиачно-щелочному способу алунитовую руду обжигают
при 520°С. При этом протекает эндотермический процесс дегидрата-
ции и разрушения алунитового ядра. Обожженную алунитовую ру-
ду выщелачивают аммиачным раствором:
(Na, К)2 SO4 Al2 (SO4)3 2 А12 О3 4- 6 NH4OH 4- 6 Н2О =
= (Na, К)2 SO4 4- 3 (NH4)2 SO4 4- 3 (А12О3 • 3 Н2О)
Сульфаты аммония, натрия и калия переходят в раствор. Твер-
дый остаток, содержащий всю окись алюминия, после отделения от
сульфатного раствора подвергают щелочному выщелачиванию. Алю-
минатный раствор после отделения от нерастворимого остатка
обескремнивают и выкручивают; сульфатные растворы выпаривают
и разделяют соли кристаллизацией.
В качестве побочных продуктов получаются удобрения •— суль-
фаты аммония и калия и смесь сульфатов натрия и калия. Для
осуществления способа необходим аммиак.
В основу восстановительного способа положено удаление SO3
из сульфата алюминия в начале процесса путем обжига и последу-
ющего восстановления алунитовой руды с дальнейшей гидрохими-
ческой щелочной переработкой восстановленной руды. В ветви
спекания из части сульфатов натрия и калия, выделяющихся из
растворов, регенерируется щелочь в меру необходимости компенса-
ции потерь ее в процессе.
Восстановительный способ с ветвью спекания состоит из сле-
дующих основных операций (рис. 76):
1. Дробление и сухой размол алунитовой руды до крупности
5—10 %+200 мкм и 35—40%+60 мкм.
2. Дегидратирующий обжиг размолотой руды в аппаратах «ки-
пящего» слоя при 520°С. Часть топлива (природный газ) сжигают
в выносных топках, горячие дымовые газы используют для аэриро-
вания и обжига руды, часть (мазут) — сжигают в «кипящем» слое.
3. Восстановительный обжиг Дегидратированной руды в аппара-
тах «кипящего» слоя при 540°С. Реакция восстановления алунита
(Na, К)2 SO4 Al2 (SO4)3 • 2 А12О3 + 0,5 С2Н4 =
= (Na, К)2 SO4 + 3 А12 О3 + 3 SO2 + СО2 I Н2О.
Восстановление можно осуществлять газообразным пли предва-
рительно испаренным жидким восстановителем. Расход жидкого вос-
становителя (солярового масла) 1—1,5% от массы руды; степень
разложения сульфата алюминия до 90%. Дополнительный нагрев
руды при эндотермическом процессе восстановления — горячими
дымовыми газами.
4. Щелочное выщелачивание восстановленной алунитовой руды в
мешалках при 85°С оборотным щелочным раствором. Продолжи-
тельность выщелачивания до 1 ч. При этом получается алюминат-
ный раствор с концентрацией 100—120 г/л А1гО3 и каустическим
модулем 1,8—1,9, содержащий сульфаты натрия и калия. Сульфаты
частично переходят в раствор из руды и частично образуются за
счет SO3 неразложившегося сульфата алюминия. Степень выщела-
чивания Л12О3 д)э 90%.
5. Отделение раствора алюминатов и сульфитов натрия и калия
от нерастворимого остатка — шлама, осуществляется путем класси-
фикации полидисперсного шлама с дальнейшей фильтрацией и про-
мывкой песковой фракции шлама, отстаиванием и промывкой или-
стой фракции шлама в сгустителях и промывателях.
Примерный состав шлама, состоящего в основном из кварца:
74% SiO2, 9% А12О3, до 2% Na2O+K2O, 9% Fe2O3, 2% прочие при-
меси, 4% Н2О.
6. Обескремнивание раствора в мешалках при 100—105°С с обо-
ротным белым шламом в качестве затравки, отделение раствора от
осадка алюмосиликата натрия и калия — белого шлама отстаива-
нием и фильтрацией, промывка белого шлама вместе с алунитовым
шламом.
7. Выкручивание алюминатного раствора в декомпозерах с воз-
душным перемешиванием, классификация гидроокиси алюминия в
гидроциклонах и отделение ее от раствора отстаиванием и фильт-
рацией, 'промывка гидроокиси алюминия, направляемой на кальцина-
цию и спекание.
8. Кальцинация гидроокиси алюминия.
9. Выпарка оборотного раствора с кристаллизацией сульфатов
натрия и калия.
Нефтяной
кокс
Размол
Выщелачивание
спека
Спекание сульфатов
с гивроокисью
*" алюминия
Хлористый
калий
Сухой размол
Щелочное
выщелачивание
Дегидратирующий
обж'иг
Алунитовая
руда
-----1----
Дробление
Восстановительный
обжиг
«а
Отселение раствора
от нерастворимого
остатка шлама
Промывка
шлама
Отвеление
раствора
от оборотного
глинозема
Сернистый газ
Раствор
Обескремниванне -«н
Отселениераствора
от белого шлама
Выкручивание
Классификация и
отселение гиСроокись
алюминия от растворю
Фильтрация _____
гидроокиси алюминия
I
Шлам
Сернистый газ
Выпарка
оборотного
раствора и
выселение'
сулыратоб
Промывка
гивроокиси •»----
алюминия Вода
_ Переработка
~ сульфатов
~натрияикалия
Кальцинация
гидроокиси
алюминия
Производство
серной
кислоты
| Поваренная соль | [ Сульсрат калия |
| Глинозем~\
| Серная кислота |
Рис. 76. Примерная технологическая схема производства глинозема и
побочных продуктов из алунитовой руды по восстановительному спосо-
бу с, ветвью спекания
10. Восстановительное спекание части смеси сульфатов натрия и
калия с гидроокисью алюминия и углем во вращающихся печах
при 1100—1150°С.
Дозировка компонентов шихты (молекулярные отношения):
А12°3 j . С _ j 5
Na2SO4 + K2SO4 ’ Na2SO4 + K2SO4
Количество сульфатов, перерабатываемых в ветви спекания, оп-
ределяется потерями щелочи в. процессе: механическими и химиче-
скими — на связывание щелочи с SO3 неразложившейся части суль-
фата алюминия и с содержащимся в руде каолинитом, а также на
образование алюмосиликата натрия и калия при обескремнивании
алюминатного раствора.
11. Выщелачивание спека маточным раствором при 90—100°С,
отделение раствора от нерастворимого остатка отстаиванием.
12. Переработка остальной части смеси сульфатов натрия и ка-
лия путем обменной реакции с хлористым калием с получением
сульфата калия и хлористого натрия.
13. Производство серной кислоты из смеси газов из аппаратов
для восстановления алунита с содержанием 20—30% SO2 и печей
спекания с содержанием 2—3% SO2.
При комплексной переработке алунитовой руды по восстанови-
тельному способу с ветвью спекания расходуются: алунитовая руда,
нефтяной кокс, хлористый калий, соляровое масло для восстанов-
ления алунита, топливо, пар, электроэнергия и вода. При этом по-
лучаются глинозем, серная кислота, сульфат калия и поваренная
соль. Шлам может быть использован для производства строитель-
ных материалов.
Глава V
КИСЛОТНЫЕ И КИСЛОТНО-
ЩЕЛОЧНЫЕ
СПОСОБЫ ПОЛУЧЕНИЯ ГЛИНОЗЕМА
1. Общие сведения
Большинство кислотных способов производства глинозема осу-
ществляется по следующей общей схеме:
1) предварительная обработка сырья — механическая и в ряде
случаев — термическая;
2) перевод окиси алюминия в растворимую алюминиевую соль
минеральной кислоты и отделение нерастворимого остатка;
3) очистка алюминиевой соли от примесей;
4) разложение алюминиевой соли и кальцинация глинозема;
5) регенерация кислоты.
При кислотной экстракции (в отличие от щелочной) кремнезем
сырья в большинстве случаев почти не переходит в раствор, окись
же железа извлекается в той или иной степени и подлежит удале-
нию из раствора специальными приемами, приводящими к потерям
глинозема и вспомогательного реагента (кислоты).
Окиси щелочных и щелочноземельных металлов связывают
кислоту в соответствующие соли, имеющие ограниченную промыш-
ленную ценность (за исключением солей калия). Поэтому кислотные
способы разрабатывались главным образом применительно к перера-
ботке маложелезпстых бесщелочпых силикатных пород (преиму-
щественно глин и каолинов).
Кремнеземистый остаток после кислотной экстракции в некото-
рых случаях может быть использован в качестве активной гидрав-
лической добавки к цементу.
При извлечении окиси алюминия мокрым способом (водными
кислотами) глина должна быть предварительно прокалена при 600—
800°С (для разрушения каолпнитовой структуры). Обжиг при более
высокой температуре приводит к образованию новых минералов, не
разлагаемых водными кислотами. Сырые пли «намертво» прокален-
ные глинистые материалы (зола каменных и бурых углей) могут
быть разложены спеканием с концентрированной серной кислотой
или сульфатом аммония.
Все кислотные процессы уступают процессам щелочной перера-
ботки бокситового сырья по следующим основным показателям:
1. В своих растворимых (нормальных) солях алюминий как трех-
валентный металл связывает три одноосновных кислотных радикала-
поэтому любой кислоты должно находиться в обороте больше, чем
щелочи (образующей с окисью алюминия моноалюминат).
Количество вспомогательного реагента, необходимого для удер-
жания алюминия -в растворе, кг/кг Al/)3-.
NaOH............. 1,0—1,3 (о=1,3—1,6)
НС1.............. 2,05
H2SO4 ........... 2.9
2. Силикаты (ио сравнению с гидроокисями) и алюминиевые со-
ли сильных кислот (по сравнению с алюминатами) — соединения бо-
лее прочные, разложение которых возможно лишь в достаточно
жестких температурных условиях и в конечном счете связано с по-
вышенными затратами тепла.
Теплота образования из окислов, ккал/кг А1гО3:
Каолинит (A12O3-2S1O2-2H2O)......................... 990
Бемит (А12О3 Н2О) .................................. 205
Сульфат алюминия (AI2O3-3S03).................... 2150
Алюминат натрия (Al2Oa Na2O)........................ 530
3. Для очистки растворов алюминиевых солей от железа требу-
ются значительно более сложные технологические операции (кри-
сталлизация, обработка активными поглотителями, электролиз и др.),
чем для обескремнивания алюминатных растворов; то же относится
к операциям разложения растворимого соединения алюминия и ре-
генерации вспомогательного реагента.
4. Большинство кислотных способов дает глинозем, по физиче-
ским свойствам не отвечающий требованиям процесса электролиза
алюминия. Этот недостаток, а также трудности, связанные с очист-
кой растворов от железа, устраняются при осуществлении комбини-
рованных (кислотно-щелочных) процессов, так как «сырой» глинозем,
полученный кислотным образом, при повторной переработке гидро-
химическим щелочным методом дает чистый стандартный продукт.
Однако при этом общая технологическая схема еще более усложня-
ется.
5. В отличие от щелочей кислоты и их алюминиевые соли хи-
мически агрессивны к обычным маркам стали и чугуна. Из-за необ-
ходимости применения материалов, стойких против действия кислоты,
значительно увеличивается стоимость оборудования и сильно за-
трудняется создание аппаратуры (особенно тепловой), отвечающей
масштабам промышленного производства глинозема.
Кроме того, большинство кислот обладает летучестью, что ос-
ложняет задачу технического оснащения производства на уровне со-
временных санитарно-гигиенических требований.
В силу указанных общих недостатков ни один из кислотных
способов получения глинозема не получил промышленного развития;
разработку и совершествоваипе этих способов следует рассматри-
вать как подготовку к использванию резервной сырьевой базы алю-
миниевой промышленности — широко распространенных силикатных
пород.
2. Особенности различных кислот как вспомогательных реагентов
в процессе получения глинозема
Серная кислота
Серная кислота в водных растворах практически не летуча,
вследствие чего для гидрохимических операций не требуется герме-
тической аппаратуры. Для полного разложения сульфата алюминия
прокаливанием требуется температура 1250—1300°С. Регенерация
серной кислоты из получаемых при этом разбавленных газов —
более сложный и дорогой процесс, чем производство ее из обычного
сырья. Температура разложения сульфата (или основного сульфата)
алюминия может быть значительно снижена (до 500—600°С) при
Глинд
(зола)
Адсорбция
№/з вода Выщелачивание
I ------*- 'слека и промывка
шлама
Спекание
Сулырат
аммония
Шлам
‘кремнеземистый
Водный
аммиак
Срлыратнь/й
раствор
F
Выделение
и очиелмаел?
железа
алюминиедей
СОЛИ
Сульфат
алюминия
(квасцы)
Разложение
Вода алюминиевой
------ соли и
промышленного
гидрата
Отбросные
'маточник
Выпарка
на кристалл
Раствор
... сулырата
аммония
I
Гидроокись
алюминия
Кальцинация
\Глинизем\
Рис. 77. Технологическая схема замкнутого сульфат-ам-
мониевого процесса
термической обработке его с восстановителем; соответственно повы-
шается концентрация SO2 в газообразных продуктах. Однако и в
этом случае трудно обеспечить полное удаление SO3.
Примером замкнутого процесса, исключающего регенерацию
серной кислоты из газов, может служить сульфат-аммониевый про-
цесс Горного бюро США (принципиальную схему см. на рис. 77).
По структуре этот процесс является аналогом щелочного спека-
ния. Сильная нелетучая кислота (серная) играет ту же роль, что
и сильное нелетучее основание (щелочь) — при спекании с сырьем
переводит А12О3 в растворимое соединение. Слабое летучее основа-
ние — аммиак выполняет в ©том случае ту же роль, что и слабая ле-
тучая кислота — угольная в способе спекания (вытесняет в водном
растворе глинозем и вытесняется им в процессе спекания).
Получение в качестве промежуточного продукта хорошо кристал-
лизующихся алюмо-аммониевых квасцов может быть использовано
дая освобождения алюминиевой соли от железа (при условии пред-
варительного восстановления его до закиси).
При последующей обработке квасцов водным аммиаком в опреде-
ленных режимных условиях может быть получена коллоидная гидро-
окись алюминия (с примесью основного сульфата) в форме, пригод-
ной для промывки методом декантации или фильтрации.
Основные недостатки процесса:
а) большие затраты тепла на спекание (разложение каолинита и
сульфата алюминия) и на выпаривание введенной в цикл воды;
б) значительные потери дорогого реагента аммиака в результате
разложения его на элементы в процессе спекания и другими пу-
тями.
Сернистая кислота
Сернистая кислота — наиболее летучая из кислот массового про-
изводства, пригодных для извлечения алюминия, но также наиболее
слабая и легко отщепляемая. Для получения сульфита алюминия из
обожженной глины последняя Должна быть подвергнута длительной
обработке водой и сернистым газом под давлением приблизительно
8 ат при 40—60°С. Практически полное разложение сульфита алю-
миния достигается нагреванием сульфитного раствора в автоклаве.
При этом часть двуокиси серы выделяется при нагревании раствора
до 100—110°С; для выделения остальной части (разложения основ-
ной соли) требуется нагревание до 160°С.
Таким образом, оба основных процесса — образование и разло-
жение растворимого соединения алюминия могут осуществляться в
водной среде лишь путем изменения физико-химических условий:'
температуры и концентрации реагента (аналогия с байеровским ще-
лочным процессом переработки бокситов).
Основные недостатки способа:
а) трудности аппаратурного оформления промышленного процесса
с агрессивным газообразным реагентом:
б) потери ценных компонентов вследствие окисления сульфитов
(до сульфатов).
Несколько иначе происходит взаимодействие сернистого газа с
нефелиновым концентратом. Нефелин способен разла-
гаться даже при низких парциальных давлениях SO2, например при
обработке нефелиновой суспензии газом, содержащим 3—7% SO2,
при 10—20°С. В этих условиях кремнезем образует псевдораствор
и также переходит в жидкую фазу. Применяя многоступенчатую об-
работку нефелина при определенных режимах, возможно выделить
основную массу кремнекислоты в виде фильтрующего осадка; из
фильтрата при дальнейшей обработке получается основной сульфит
алюминия и сульфаты щелочных металлов. Из этих продуктов вос-
становительным спеканием может быть получен богатый алюминат-
ный спек, который перерабатывается обычными методами с получе-
нием глинозема и попутных щелочных продуктов. Выделяющийся при
спекании сернистый газ возвращается на разложение нефелина.
Таким образом может быть построен процесс комплексной пе-
реработки нефелинового сырья, не связанный с потреблением боль-
ших количеств известняка. Основным недостатком этого процесса
является сложность технологической схемы (кислотный цикл—спека-
тельный щелочной цикл), а также пониженный товарный выход
полезных компонентов.
Соляная кислота
Соляная кислота—относительно распространенная1, умеренно ле-
тучая в водных растворах, пригодных для экстракции глинозема из
обожженной глины (около 20% НС1). Гексагидрит хлористого алю-
миния (А1С13-6Н2О) разлагается при 400—600°С на А12О3, НС1 и Н2О.
Для регенерации кислоты из отходящих газов пригодна обычная
конденсационно-абсорбционная аппаратура, применяемая в произ-
водстве соляной кислоты. Очистка от железа трудна.
Наиболее реальная производственная схема — солянокислый про-
цесс с очисткой получаемого «сырого» глинозема путем переработки
его по способу Байера (рис. 78).
При промышленной реализации этого способа из-за высокой
агрессивности соляной кислоты и хлорида алюминия ко всем про-
мышленным металлам и сплавам, кроме титана, исключается воз-
можность применения обычных, достаточно экономичных -и произво-
дительных типов аппаратуры для тепловых операций (в частности,
для упарки хлоридно'ГО раствора).
Азотная кислота
Азотная кислота умеренно летуча, образует с окисью алюминия
соль, разлагающуюся прокаливанием при относительно невысокой
температуре. Очистку от железа можно осуществлять активным ад-
сорбентом.
Особенностями замкнутого азотно-кислотного процесса, не бла-
гоприятствующими его промышленной реализации являются: труд-
ность регенерации и сравнительно высокая стоимость азотной кис-
лоты, токсичность двуокиси азота.
1 .Получается, в частности, в качестве побочного продукта из абгазов ор-
ганического синтеза.
Соляная
кислота
Глина
Обжиг
—• j
Вода Обработка
- — кислотой и
промывка шлама
Шлам
‘кремнеземистый
Соляная кислота
Вода , I
----—Адсорбция
Хлоридный
раствор
Выпррка
накристалл
Гексагидрат
AlCl^CPiO
►
Разложение
'прокалиданцрм
Оборотный
щелочной раствор
„Сырой"глинозем
Выщелачивание
и промывка шлама
Шлам
/келезистыд
Упарка
Алюминатные
раствор
Выкручивание Вода
и промывка — . -
гидрата
Гидроокись
алюминия
Кальцинация
Глинозем
(продукт)
Рис. 78. Технологическая схема комбинированного соля-
иокислотно-щелочиого процесса
3. Кислотные (или кислотно-щелочные) процессы с проходящим
потоком
Выше рассматривались только .процессы с замкнутым кислотным
циклом (т. е. с регенерацией кислоты), как единственно пригодные
для организации автономного производства глинозема. Одиако в
определенных условиях может быть экономически целесообразным
получение глинозема из глин (каолинов) в качестве попутного
продукта при производстве аммонийных удобрений — сульфата или
нитрата аммония.
Схема такого процесса в общем виде включает следующие обя-
зательные операции:
1) извлечение окиси алюминия путем обработки обожженной1
глины поступающей извне кислотой; отделение и промывка крем-
неземистого остатка;
2) разложение алюминиевой соли поступающим извне амми-
аком; отделение и промывка гидроокиси алюминия;
3) упарка раствора аммониевой соли на кристалл с получени-
ем кондиционных азотных удобрений .(сульфата аммония пли ам-
миачной селитры);
4) кальцинация глинозема.
Как и во всех способах, основанных на кислотной экстракции
окиси алюминия, наиболее надежный путь освобождения от желе-
за и получения глинозема стандартного качества — переработка сы-
рой гидроокиси алюминия по способу Байера (замкнутый щелочной
цикл); в серно-аммиачном способе возможно также применение про-
цесса кристаллизации алюмо-аммониевых квасцов (см. стр. 235).
Так как в процессах с проходящим потоком нет необходимости
регенерировать кислоту, то значительно упрощаются технологичес-
кие схемы, уменьшаются потери кислоты и становится более воз-
можным использование для экстракции наиболее дешевой серной
кислоты. Однако при этом товарный выпуск азотных удобрений как
по тоннажу, так и по стоимости значительно превышает выработку
глинозема. Так, на 1 т глинозема должно быть произведено (из
аммиака и кислоты): 4,1—4,2 т сульфата аммония или 4,9—5,1 т
аммиачной селитры (считая, стопроцентные соли).
Таким образом, производство глинозема по серно-аммиачному
или азотцо-аммиачному способу может быть оправдано только при
наличии народнохозяйственных предпосылок для создания в данном
районе крупного производства соответствующих удобрений, (а сле-
довательно, и производства аммиака и серной или азотной кислоты).
1 Обжиг н-е нужен, если для разложения глины применяется спекатгие с
серной кислотой.
Глава VI
ТЕХНОЛОГИЧЕСКОЕ ОБОРУДОВАНИЕ
В настоящей главе приводятся основные сведения о специальных
видах отечественного промышленного оборудования, применяемого
исключительно или преимущественно в глиноземном производстве,
и о некоторых видах оборудования более универсального назначе-
ния, .применяемого для основных технологических операций этого
производства.
Об оборудовании и устройствах общепромышленного назначе-
ния, играющих в производстве вспомогательную роль (погрузочно-
разгрузочные механизмы и устройства, средства непрерывного
транспорта, электрооборудование и т. in.), приводятся лишь сведе-
ния, отражающие специфические требования глиноземного произ-
водства.
В настоящей главе собран материал в основном об оборудова-
нии, принятом в отечественной алюминиевой промышленности.
Опубликованные в большинстве случаев весьма краткие сведения
о технологическом оборудовании зарубежных глиноземных заводов
приведены в гл. III.
1. Дробильно-размольные установки
Дробление и измельчание в производстве глинозема — это под-
готовительные операции, благодаря которым обеспечивается необ-
ходимая для дальнейшего ведения технологических процессов круп-
ность материалов.
Дроблению подвергают сырьевые материалы (боксит, известняк,
нефелиновые и алунитовые породы и др.). При производстве глино-
зема по способу спекания, кроме сырья, дробят промежуточные
продукты — спек и уголь (техническое топливо).
Для сырьевых материалов в зависимости от их крупности и
твердости применяют одно-, двух- или трехстадийные схемы
дробления.
В отдельных случаях с целью повышения производительности
дробильного узла и снижения расхода энергии вводят промежуточ-
ное грохочение.
Дробление спека — подготовительная операция для дальнейше-
го выщелачивания из него алюмината натрия. Требования к ситовой
характеристике опека определяются принятой в каждом случае схе-
мой и аппаратурой выщелачивания. Учитывая эти требования, а
также физические свойства и крупность исходного спека, выбира-
ют оптимальную схему и аппаратуру дробления. Так, например, для
проточного выщелачивания строго ограничивается содержание фрак-
ций крупнее 8—6 мм и мельче 1 мм. В этом случае применяется
двухстадийная схема с замкнутым циклом на стадии мелкого дроб-
ления (рис. 79). При подготовке спека для агитационного выщела-
чивания надобность в замкнутом цикле отпадает.
Рис. 79. Схема дробления спека для проточного выщелачивания:
7 — конвейер; 2 — грохот колосниковый или вибрационный; 3 —ще-
ковая дробилка; 4 — конвейер; 5 — бункер для опека; 6 — вибраци-
онный питатель; 7 — весоизмеритель; 8—грохот вибрационный,
двухситный; 5 — дробилка короткоконусная; 10, 11, 72 — конвейеры;
А — исходный спек после печей; Б — фракция —I мм на агитаци-
онное выщелачивание; В —фракция —8+1 мм иа проточное выще-
лачивание
Таблица 73
Наиболее распространенные в глиноземном производстве типы
________________________дробилок________________________
Дробление Твердые руды и породы Хрупкие руды и породы Спеки
Крупное Щековые, гнраци- онные конусные Молотковые1, щековые —
Среднее Щековые, конус- ные Молотковые Щековые, зуб- чатые валки, конусные
Мелкое Конусные » Конусные
’ При дроблении руд повышенной влажности применяют молотковые дро-
билки с подвижной дробящей плитой и механическим очистным устройством.
В табл. 73 приведены наиболее распространенные в производ-
стве типы дробилок.
Схемы и аппаратура передела измельчения сырья характеризу-
ются большим разнообразием, что обусловливается различием свойств
подвергаемых измельчению материалов и требований, предъявляе-
мых к результатам измельчения.
Основное технологическое требование для сырьевых измельчи-
тельных установок—образование достаточной для прохождения
химических реакций поверхности. При этом следует иметь в виду,
что переизмельчение ведет к перерасходу электроэнергии.
При производстве глинозема по способу Байера применяют
мокрое (в оборотном растворе) измельчение боксита, осуществля-
емое в шаровых 'мельницах, работающих в .замкнутом цикле с
классификаторами или гидроциклонами. Для большинства случаев
считается оптимальным измельчение до крупности 50 мкм (допу-
скается остаток на этом сите не более 5—7%).
В зависимости от размолоопособности боксита применяют одно-
и двухстадийные схемы измельчения (рис. 80, а, б).
Шихту из боксита и известняка для спекания подготавливают
путем совместного измельчения этих 'материалов в трубных мельни-
цах. В таких же мельницах приготовляют шихту из нефелинового
сырья.
При использовании в качестве исходного сырья нефелинового
концентрата возможны две схемы подготовки шихты (рис. 81, а, б).
По первой схеме известняковая пульпа после мельницы смешива-
ется с нефелиновым концентратом, а затем шихта допзмельчается
во второй мельнице (рис. 81 ,а).
По второй схеме известняк и нефелин измельчаются раздельно
в трубных мельницах, полученные пульпы поступают в мельницу
для доизмельчения и смешения (рис. 81,6).
Аналогичная схема применяется для приготовления шихты из
нефелиновой руды и известняка.
С целью увеличения производительности в отдельных случаях
трубные мельницы работают в замкнутом цикле с дуговыми гро-
хотами.
При агитационном выщелачивании нефелиновых спеков применя-
ются шаровые или стержневые мельницы, работающие в замкнутом
цикле с .классификаторами.
При переработке алунита обжигом в «кипящем слое» применя-
ют сухое измельчение. Для этой цели используется аппаратура,
аналогичная применяемой в пылеугольных станциях для котельных
установок (рис. 82).
В табл. 74 приведена практическая удельная производительность
мельниц при измельчении -различных материалов глиноземного про-
изводства.
Используя данные этой таблицы, можно определить производи-
тельность коротких мельниц других размеров по формуле
Q=zq-V т/ч,
где q— удельная производительность па единицу объема
/ D \0,5
<7 = <7и — 1 (45)
\*Л1 J
J
Рис. 80. Схема измельчения боксита:
а — в одну стадию: 1 — бункер для боксита; 2 — вибрационный питатель; 3 —
ленточный весоизмер-итель; 4 — мельница шаровая; 5 — мешалка приемная;
6—насос центробежный; 7 — пвдроциклон; 8— автоматический расходомер:
9 — автоматический регулятор расхода; А — дробленый боксит; Б — оборотный
щелочной раствор; В — молотый боксит (сырая пульпа); б — в две стадии:
1 — бункер для боксита; 2 — тарельчатый питатель; 3 — ленточный весоизме-
ритель; 4 — мельи-ица шаровая; 5 — классификатор спиральный; 6 — мешалка
приемная; 7 — насос центробежный; 8—гидроциклон; 9— автоматический
расходомер; 10 — автоматический регулятор расхода; А— боксит; Б — оборот-
ный щелочной раствор; В — молотый боксит (сырая пульпа)
1
Рис. 81. Схемы измельчения шихты из нефелина и известняка:
/ — бункер известняка; 2 — вибрационный питатель; 3— ленточный ве-
соизмеритель; 4 — мельница шаровая трубиая; 5 — бункер нефелина;
6—приемная мешалка; 7 — центробежный насос; 8 — дозатор промво-
ды; А — дробленый известняк; Б — нефелиновый концентрат или дроб-
леная нефелиновая руда; В — промвода
Рис. 82. Схема установки сухого измельчения алунитов:
/ — бункер; 2— питатель вибрационный; 3—весовой дозатор; 4 —
мельница шаровая; 5 — сепаратор воздушнопроходной; 6—циклон;
7 — вентилятор мельничный; 8 — электрофильтр; 9— бункер; Д —
алунит дробленый; Г — горячие газы для просушки материала; И—
сброс избытка воздуха; П — молотый алунит
<7и— известная практическая удельная производительность для
мельницы диаметром £)„;
D — диаметр мельницы, для которой определяется удельная
производительность;
I' — рабочий объем мельницы.
Производительность трубных мельниц определяют как средне-
[шфметическую величину между рассчитанной по вышеуказанной
ррмуле и подсчитанной, исходя из предположения, что произво-
тгельность прямо пропорциональна объему мельницы.
В табл. 75—88 приводится краткая техническая характеристика
спускаемых промышленностью дробилок, мельниц, классификато-
в, грохотов и гидроциклонов.
Таблица 74
Удельная производительность мельниц
Измель- чаемый материал Схема установки Размер мельницы (диаметрX Хдлича), ММ Удельная производи- тельность на 1 м3 рабочего объема, т/ч Степень измель- чения Примечание
Твердые бокситы Замкнутый цикл с классификато- ром или гидро- циклоном, одно- стадийная или двухстадийная 2700 X Х3600 0,75—1,0 95% ми- нус 50 мкм Большие зна- чения отно- сятся к двухстадий- ным схемам
Мягкие бокситы Замкнутый цикл с гидроциклоном 2700 х Х3600 1,5—3,0 95% ми- нус 50 мкм —
Боксит в смеси с известня- ком Открытый цикл, одностадийная 2400 х X12000 0,75—0,9 90% минус 90 мкм —
Извест- няк в пер- вой ста- дии, из- вестняко- вая пуль- па с не- фелином во второй Открытый цикл, двухстадийная 2200 X X 13000 0,75 90% минус 90 мкм Приведены данные для агрегата, состоящего из двух труб- ных мельниц
Спек не- фелино- вый Замкнутый цикл с классификато- ром, односта- дийная 1800Х Х4000 3200 X Х3100 2,05 2,80 90% минус 1 мм —
Алунит Замкнутый цикл с воздушно-про- ходным сепара- тором 4000 X Х8000 0,55 90% минус 200 мкм Сухое из- мельчение
I
I
Таблица 73
Щековые дробилки
Параметры Тип дробилки
ЩКД-7 ЩКД-8 ЩКД-9
Размеры загрузочного отвер- стия (ширинахдлина), мм . 900X1200 1200x1500 1500x2100
Наибольший размер загружа- емых кусков, мм .... 700 1000 1200
Ширина разгрузочного отвер- стия, мм 130 150 180
Расчетная производитель- ность для руд средней твер- дости, м3/ч 130 220 450
Мощность электродвигате- ля, кет 100 160 250
Масса дробилки без электро- двигателя, т (округленно) . 67 137 235
Таблица 76
Дробилки конусные для крупного дробления
Параметры Тип дробилки
ККД-500 ККД-1200 К КД-1500 Б К КД-1500 Л
Ширина приемной щели, мм 900 1200 1500 1500
Наибольший размер загру- жаемых кусков, мм .... 400 1000 1200 1200
Щирина разгрузочной щели в фазе раскрытия профи- лей, мм 75 150 180 300
Ьриентировочная производи- тельность, м3/ч 150 560 1150 2300
Мощность электродвигате- ля, кет 125 2x200 2x320 2x400
Масса дробилки без электро- оборудования, т (округлен- 0) 38 229 393 612
Таблица 77
Дробилки конусные для среднего и мелкого дробления
Параметры Для среднего дробления Для мелкого дробления
КСД-1200 А КСД-1200 Б КСД-1750 Б КСД-2200 А КСД-2200 Б КМД-1200 КМД-1750 КМД-2200-400 КМД-2500ГРЩ
Ширина приемной
щели, мм .... Рекомендуемая 115 170 250 275 350 45 100 130 180
максимальная
крупность пита- ния, мм 100 145 215 250 300 30 85 100 150
Предел регулиров- ки 3 * разгрузочной
щели, мм .... 8— 20— 25— 10— 30— 3—13 5— 5— 5—
25 50 60 30 60 15 15 15
Производитель-
ность при дробле- нии руды средней
твердости, лг'/ч 30- 70— 160— 120— 340— 12— 40— 75— 95—
85 105 300 340 580 55 120 220 280
Мощность электро- двигателя, кет . . 75 75 160 250 250 75 160 250 250
Общая масса дро- билки без электро-
двигателя, т . . . 23 23 47 80 80 23 47 82 140
Таблица 78
Дробилки молотковые самоочищающиеся
Параметры Тип дробилки
ДМЭ-17Х4.5 2100X1850
Диаметр ротора, мм 1700 2100
Длина ротора, мм 1450 1850
Число оборотов ротора в минуту 590 492
Максимальная крупность кусков загружае- мого материала, мм До 600 350
Крупность дробленого продукта, мм . . . 23—0 до 20—0
Ориентировочная производительность при насыпной массе 1,6 т/м3, т/ч 183—0 150—500 500—600
Мощность электродвигателя, кет: ротора 400 900
подвижной плиты 8 10
очистного устройства 8 10
Масса дробилки без электрооборудования, т 67,5 65,5
Таблица 79
Мельницы шаровые мокрого помола с разгрузкой через решетку
Тип мельницы
Параметры 1 МШР-21Х30 1 МШР-27Х21 МШР-27Х36 МШР-32Х31 МШР-36Х40 МШР-36Х50 МШР-40Х50 МШР-45Х50
Диаметр бараба- на , мм Длина барабана, мм 2100 2700 2700 3200 3600 3600 4000 4500
3000 2100 3600 3100 4000 5000 5000 5000
Номинальный рабо- чий объем мельни- цы (округленно), ма 10 10,4 17,7 22,4 35,5 48 55 69
Ориентировочная производительность при ' измельчении твердых бокситов в замкнутом цикле с классификатором, при одностадийной схеме, т/ч .... 8 10 18 23 41 52 64 85
Число оборотов мельницы, об/мин 24,6 21 21 19,8 18,1 18,1 17,2 16,5
Мощность электро- двигателя, кет . . 230 300 380 600 1100 1250 2000 2500
Масса мельницы без шаров и элект- рооборудования, т 46,1 65,1 75,3 95,1 150,4 160,1 237,5 263,4
Масса шаровой за- грузки, т .... 20 22 37 47 60 96,5 128 158
Таблица 80
Мельницы стержневые мокрого помола
Параметры Тип мельницы
МСЦ-21Х30 | МСЦ-27Х36 МСЦ-32Х45 МСЦ-36Х55 МСЦ-40Х55 МСЦ-45Х60
Диаметр барабана, мм . . Длина барабана, мм . . . Номинальный рабочий объ- ем, м3 . 2100 3000 10 2700 3600 17,7 3200 4500 32 3600 5500 50 4000 5500 61 4500 6000 80
Продолжение Наб л. 80
Тип мельницы
Параметры МСЦ-21Х30 МСЦ-27Х36 МСЦ-32Х45 МСЦ-36Х55 МСЦ-40Х55 МСЦ-45Х60
Число оборотов бараба- на, об/мин 19 15,6 14,5 13,7 13 12,8
Мощность электродвигате- ля, кет 230 380 900 1100 2000 2500
Масса стержневой загруз- ки, т 24 44 75 142 162 230
Масса мельницы без элект- рооборудования и стерж- ней, т 51 81 137 167 229 259
Таблица 81
Шаровые трубные мельницы
Параметры Тип мельиицы
2,6X13 3,2X15 4X13,5
Диаметр барабана, мм .. . 2600 3200 4000
Длина барабана, мм ... Число оборотов барабана 13000 15000 13500
в минуту 17,5 17 16,2
Производительность, т/ч . Мощность элекгродвигате- 58* 100* 162*
ля, кет Число оборотов электродви- 1000 2000 3200
гателя в минуту Масса мельницы без мелю- 375 100 500
щих тел, т 360 465 580
Масса мелющих тел, т . . 80 140 226
* Производительность по известняку средней твердости.
Классификаторы механические односпиральные
Параметры Тип классификатора
с высоким порогом с погруженной спиралью
Диаметр спирали, мм ... . Длина корыта, мм Производительность по сли- ву, mJ сутки ......... Число оборотов спирали, об/мин 1500 8200 240* 2,9 3,9 5,8 3,1 2000 8400 400* 4,1 6,1 2,6 2400 9200 580* 3,5 5,2 3000 12500 895** 1,5 3,0 1500 10100 183,5** 3,5 7,0 2000 12000 282** 2,5 5,0 2400 3000 14000 15500 390** 670* 2 4 1 1,5 2 3
Производительность по пес- кам, т/сутки 1300 1750 2600 3000 4000 6000 4600 6200 9300 5460 10920 1600 3200 2700 5430 3500 7000 3350 5000 6700 10000
Угол наклона корыта .... Мощность электродвигателя привода спиралей, кет . . . 15°—18°30' 4,5-7-10 7- 17= -10-14 7- 17’ -10-14 18с30' 20—28 15—18е 4,5—7 15° 6,5-10 15° 15’ 9—14 12-17-20-25
Мощность электродвигателя привода подъемного механиз- ма, кет .......... Масса классификатора, кг . 1,7 12600 2,8 18000 2,8 21600 2,8 34600 2,8 18000 4,5 31300 4,5 4,5 38000 65000
* Для руды плотностью 2,65 т/.и3 при крупности слива 0Л5 мм.
** Для руды плотностью 2.7 т/м3 при крупности слива 0,075 мм.
Классификаторы механические двухспиральные
Таблица 83
Параметры Тип классификатора
с высоким порогом с погруженной спиралью
Диаметр спирали, мм 2000 2400 2400 3000 1200 1500 2000 2400
Длина корыта, мм . . 8400 9200 12500 12500 8400 10100 13000 14000
Производительность по сливу, т/сутки . 800* 1100 — . 1560* 310* 367** 540** 892**
Число оборотов спи- ралей, об/мин .... 3,1 4,1 6,1 2,5 3,5 5,2 2,67 3,56 5,34 1,5 3 4,1 8,3 3,4 6,85 2,5 5,0 2,0 4,0
Производительность по пескам, т/сутки . 6000 8000 12000 9000 12500 18600 12900 17300 25900 7500 15000 1900 3800 3000 6000 5000 10000 7000 14000
Угол наклона корыта 18’ 17’ 17° 18’30' 15 ° 1Е 15 -18’ 15’
Мощность электро- двигателя привода спиралей, кет .... 1 1—20 -28 14—20- -28 20—28— 40 2 3—40 3- -5 6,5- -10 12 ,5-20 18 -28
Мощность электро- двигателя привода подъемного механиз- ма, кет 2,8 2,8 2X2,8 2X2,8 2ь 1,7 2> 2,8 2 /.4,5 2 4,5
Масса классификато- ра, кг ........ 32300 36900 52900 71000 16500 - 31600 55700 65000
to * Для руды плотностью 2,65 т/м3 при крупности слива 0,15 мм.
ел ** Для руды плотностью 2,7 т/м3 при крупности слива 0,075 мм.
Грохоты инерционные наклонные
Таблица 86
Параметры ГИС-32 ГИС-42 ГИС-52 ГИТ-31 ГИТ-32 S ГИТ-42 ГИТ-51 ГИТ-52 ГИТ-61 £ ё
Размеры просеивающей поверхности, ммл ширина 1250 1500 1750 1250 1500 1750 2000 2500
длина ..... 3000 3750 4500 2500 3000 3500 4000 5000
Число ярусов или сит . . 2 2 2 1 2 1 2 1 2 1 1
Двойная амплитуда колебаний, мм .... 6 6 6 6 6 6 8 12 14 6 6
Число оборотов вала вибратора (число коле- баний), об/мин ................ 1200 1200 1200 800 1000 800 750 800 735 800 650
Угол наклона грохота,град 8-25 До 25 До 25 15 25 30 25 25 20—25 15 15—30
Максимальная крупность исходного матери- ала, мм 100 100 100 750 175 1000 200 250-350 1300 800—
Размер отверстий сит. мм: верхнего .... * * * 70; 150 25X25 75; 200 80X80 20 100 75; 200 1100 *
нижнего * * * — 12X12 — 12X12 — 20 — ♦
Максимальная производительность (по пи- танию) в зависимости от размера сит, т/ч — 200—400 — До 350 300 До 450 400 G00 700—800 До 900 До 2000
•Мощность электродвигателя, кет ...... 7 20 20 10 4,5 14 7 10 28 20 21,5
Масса грохота без электродвигателя, кг , . 2470 2568 3639 3390 3912 4952 4612 6900 14479 9546 12300
♦ Размеры отверстий устанавливаются заказчиком.
Грохоты самобалансные
Параметры Тип грохота
ГСЛ-42 ГСЛ-51 ГСТ-61 ГСТ-81
Размеры просеивающей по- верхности, мм: 1500 1750 2000 3000
ширина 3000 4500 5000 6000
число 2 1 1 1
Размеры отверстий сит, мм: верхнего 10x10 10,2—8 204-130 8 8
нижнего Производительность по пита- нию, т/ч 4X4 40 200 600
Максимальная крупность ис- ходного, мм . ... 40 100
Амплитуда колебаний коро- ба (двойная), мм 3-3,5 5 5,7 6
Число колебаний короба в минуту 1000 970 735 735
Угол наклона короба, град. 0 0 .— 8
Мощность электродвигателя, кет ............ 10 14 28 55
Масса грохота, кг 2723 8650 14160 35140
2. Печные установки
Установка, кроме .вращающейся барабанной печи, включает
обычно устройство для питания исходным материалом, холодильник
готового продукта, аппаратуру для очистки отходящих газов, топ-
ливную систему, а также транспортные механизмы для выдачи го-
товой продукции и возврата пыли. Конструктивно печи аналогичны
применяемым в цементной промышленности. Для процесса спека-
ния, как правило, применяется мокрая шихта. В зависимости от ти-
па шихты питание лечи спекания осуществляется наливом или рас-
пылом. При питании распылом отношение длины печи к диаметру
20. В зону сушки вводится тяжелый стержень на цепи («болванка»)
для предотвращения образования ‘настылей.
П'ри питании наливом отношение длины к диаметру 30-=-,35. В
зоне сушки устраивается цепная завеса, предотвращающая обра-
зование настылей и обеспечивающая хороший теплообмен.
Система очистки отходящих газов вращающихся печей состоит
из ряда последовательно установленных аппаратов. Обычно это
пылеосадочные камеры для грубой пыли, групповые циклоны и элек-
трофильтры. В отдельных случаях газ подвергают дополнительной
мокрой очистке.
Вращающиеся печи глиноземного производства
Размеры печей (диаметр X длина),
3
Возврат пыли из систем газоочистки печей спекания осущест-
вляется как в горячий, так и в холодный конец печи. Чаще всего
пыль распределяется между горячим и холодным концами.
Полученный во вращающихся печах спек перед выдачей на
дальнейшую переработку охлаждается в барабанных или колоснико-
вых холодильниках.
Печи спекания могут отапливаться угольной пылью, мазутом или
газом.
Для обезвоживания гидрата окиси алюминия (кальцинации гли-
нозема) применяются вращающиеся печи с отношением длины к
диаметру 25. Подача гидрата в печь осуществляется специальными
питателями, в которых гидрат смешивается с пылью из системы
очистки газов. Охлаждается глинозем либо в барабанных холодиль-
никах; либо в холодильниках «кипящего слоя». Системы очистки га-
зов в принципе аналогичны принятым для печей спекания.
Отапливаются печи кальцинации мазутом млн газом.
В табл. 98 приведена краткая характеристика вращающихся
печей глиноземного производства.
3. Реакционная аппаратура
Автоклавы (варочные котлы) (рис. 83)
Назначение:
а) обработка измельченной руды щелочным раствором (выще-
лачивание бокситов, химическое обогащение нефелиновосиенито-
вых пород) при 200—240°С;
б) обескремнивание алюминатных растворов при 1'40—175°С.
Конструкция сварная, материал корпуса — из углеродистой ста-
ли марки 20 или 20К.
Основные данные приведены в табл. 89.
•Автоклавы типа 1 снабжены лопастной мешалкой и змеевиком
с поверхностью нагрева 33 №, р=40 аги. Остальные типоразмеры
без мешалки и змеевика. Типоразмеры 3—5 сконструированы для
непрерывного процесса.
Выщелачиватели (агитаторы)
Выщелачивание измельченных материалов во взвешенном состо-
янии (агитационное выщелачивание) при атмосферном давлении
осуществляется в системе последовательно соединенных мешалок
той или иной конструкции. Данные о них приведены на стр. 280,281.
Выщелачиватели проточного типа предназначены для про-
тивоточного выщелачивания спека, дробленного до крупности минус
5—ЛО мм.
Рис. 83. Автоклав (типо-
размеры 3—5)
Таблица 89
Автоклавы (варочные котлы), используемые иа глиноземных
заводах СССР
Параметры Типоразмеры автоклава
1 2 3 4 Б
Наружный диаметр D, м 3,0 2,3 1,6 1,8 2,55
Высота корпуса Н, м . . 5,4 9,8 13,5 15,2 14,5
Отношение H-.D . . . . 1,8 4,2 8,2 8,2 5,7
Емкость V, м3 33 31 24 35 70
Рабочее давление1 р, ати Толщина стенки цилинд- рической части корпуса 6, 15 20 28 14 14
ММ 30 32 . 32 16 22
Масса автоклава Q, г . Удельный расход метал- 18 20,5 18,3 12,8 24,7
лаа кг/(м3-ат) 36 33 27- 26 25
1 В верхней точке автоклава.
1 Удельный расход металла -
1000-Q
Vp
Выщелачиватель периодического действия
(диффузор) представляет собой цилиндрический вертикальный со-
суд, рассчитанный на ‘избыточное гидравлическое давление 4 ати.
Для загрузки и выгрузки опека служат соответственно верхняя и
иижняя горловины с откидными крышками. Нижняя крышка снаб-
жена гидравлическим приводом и решеткой. Раствор поступает под
решетку и удаляется через патрубок в верхней части диффузора.
Единовременная загрузка диффузора до 7 т спека; длитель-
ность цикла выщелачивания и промывки 6—7 ч; производительность
по спеку батареи из 14 диффузоров до 18 т/ч.
Перколяционный конвейерный выщелачива-
тель непрерывного действия представляет собой сис-
тему перколяторов (прямоугольных коробок с ложным днищем),
смонтированных на роликовом конвейере (см. рис. 84). Спек за-
Рис. 84. Перколяционный конвейерный выщелачиватель (схема):
/ — бункер ДЛЯ спека; 2—барабанный загружатель; 3 — перколятор; 4 — ве-
дущая звездочка; С —спек, ДР —крепкий раствор; П-1-H-III — промывные
воды; ВГ — вода горячая; ВШ — вода на смывку выщелоченного остатка (шла-
ма); Ш — шлам в отвал
гружается в головной части агрегата с помощью барабанного за-
гружателя специальной конструкции, обеспечивающего загрузку
движущихся перколяторов слоем спека равномерной высоты. Об-
мен жидкости в перколяторах происходит в результате гравита-
ционной фильтрации через слой спека; выщелачивание и промывка
производятся по схеме ступенчатого противотока растворов с по-
мощью центробежных насосов. Промытый материал (шлам) вы-
гружается в хвостовой части агрегата при опрокидывании перколя-
торов.
Технические данные агрегата:
Ширина конвейера (длина перколятора), м . . 5
Длина конвейера .(между осями ввездочек), м 63
Число .перколяторов .................................66
Размеры перколятора, м ......... 5x2X2
Скорость конвейера, м!ч. .......................... 7—10
Число ступеней промывки.........................; 8
Производительность то спеку, т/ч .,,,,, 50—75
Общая масса агрегата, т ......... 1000
Трубчатый выщелачиватель непрерььвного
действия представляет собой вращающуюся на роликовых
опорах стальную трубу, установленную с уклоном в 3—5% к го-
ловному концу и снабженную внутренней винтовой лопастью
(рис. 85).
Спек, непрерывно подаваемый в головной конец барабана, пе-
ремещается витками лопасти вверх по уклону; выщелоченный и
промытый материал выгружается из хвостового конца барабана.
Горячая вода (раствор) подается в хвостовой конец, протекает по
уклону (частично переливом через витки лопасти, частично через
перфорацию в витках) и вытекает из головного конца в виде алю-
минатного раствора. Производительность выщелачивателя по спеку,
т/ч:
V
Qc = 0,785 7)а//ф — ,
т
где D—диаметр барабана, м;
L' — полезная (заполненная спеком) длина барабана, м;
ф — коэффициент заполнения спеком;
у— насыпная масса спека, т/л8;
т—требуемая длительность выщелачивания спека, ч.
п =
m
60 т k
где m — число витков лопасти в аппарате;
k — коэффициент снижения транспортной производительности
аппарата, учитывающий влияние лопаток.
Значения практических коэффициентов:
при высоте витка /1=0,250; ф=0,16; k—0,8 4-0,85.
Ниже приводятся некоторые данные о трубчатом выщелачива-
теле с двухзаходной лопастью (0=3,6 м, L—3G м):
Число витков в каждом заходе m . . . 20
Шаг витка s, мм ......................... 1800 (900X2)
Высота витка h, мм ................... 900
Число оборотов л, об1мин, . 0,3—0,4
Установленная мощность привода, кет 100
Ориентировочная масса аппарата, т . . . 200
Производительность по спеку, т{ч . , , 80—90
Карбонизаторы
Назначение: разложение алюминатного раствора путем обра-
ботки его очищенными печными газами- (карбонизация).
Цилиндрические карбонизаторы представляют
собой цепные мешалки полезной емкостью до 180 мз. Газ подводит-
ся через несколько патрубков в нижнюю часть бака и отводится
через инерционную ловушку, установленную на крышке бака. Необ-
ходимое давление газа на входе в карбонизатор ~ 1 ат.
В циливдро-конйческих карбонизаторах пульпа перемешивается
газом, поступающим через систему радиальных сопел в конической
части корпуса. Гидрат, осаждающийся в негазируемом объеме
(ниже пояса сопел), поднимается в верхнюю зону циркуляционным
аэролифтом небольшого сечения. Схема карбонизатора показана
на рис. 86.
Рис. 86. Схема карбонизато-
ра цилиидро-конического:
1 — подвод газа; 2 — аэро-
лифт
Параметры
декомпозеров
Сжатый возвел
Рис. 87. Декомпозер с
циркуляцией пульпы (не-
прерывного действия):
1 — циркуляционный аэ-
ролифт; 2 — транспорт-
ный аэролифт; 3 — опо-
ры
Емкость V, мг . .
Диаметр D, м . .
Высота Н, м ...
Масса корпуса Q, т
Удельный расход
металла 100 QJV,
f г[м? ......
1150
7,75
28,7
51,6
1800
9.0
33,5
79,5
45
44
Декомпозеры
Назначение: разложение алюминатного раствора выкручива-
нием.
Декомпозеры с циркуляцией пульпы (рис. 87).
Расход сжатого воздуха 0,3—-0,5 л/3/1 м3 пульпы. Скорость эмуль-
сии на выходе из аэролифта 1—2 м]сек. Общий >коэффициент теп-
лопередачи при водяном охлаждении (при чистых поверхностях):
для водяной рубашки (отнесенный к общей—.наружной и -внут-
ренней— поверхности) 400-ч500 кал/(лд-ч-град), для трубчатых
элементов 600—700 ккал/(м2.ч. град).
Декомпозеры с хаотическим движением
пульпы — цепные мешалки емкостью до 400 м3.
4. Выпарная и теплообменная аппаратура
В наиболее общем случае назначение выпарных установок в
глиноземном производстве заключается в удалении из технологи-
ческого цикла избытка воды, вводимой при гидрохимических опе-
рациях. Чаще всего при этом одновременно достигается необходи-
мое повышение концентрации оборотного реагента или выделение
из раствора попутных продуктов (щелочей или щелочных солей).
Как правило, для выпарки применяются многокорпусные выпар-
ные батареи, позволяющие многократно использовать теплоту кон-
Рис. 88. Выпарные аппараты:
а — с естественной циркуляцией; б — пленочного испарения; в — с принуди-
тельной циркуляцией; / — греющая камера; 2 — сепаратор; 3 — циркуляцион-
ный насос
денсации водяного пара. Кроме основного оборудования — выпарных
аппаратов — в состав батареи входят подогреватели раствора, кон-
денсатор, вакуум-насосы, конденсатоотводчики, самоиспарители
конденсата и растворе (в противоточных и смешанных схемах), ряд
емкостей и центробежных насосов.
Выпарные аппараты
Сведения о выпарных аппаратах основных типов, применяемых
на отечественных глиноземных заводах (рис. 88), приведены в
табл. 90.
Таблица 90
Выпарные аппараты
Назначение и параметры Технологическая и конструктивная характе- ристика аппаратов
с естественной циркуляцией, с выносным калоризато- ром1 колонного ти- па, пленочно- го испарения с принуди- тельной цир- куляцией»
Основное назначение . . . Поверхность нагрева (по внутренней поверхности гре- Упарка раст- воров с уме- ренным вы- делением твердой фа- зы (алюми- натно-ще- лочные растворы и Др.) Начальная стадия упар- ки алюми- натно-ще- лочных и со- до-поташных растворов (без выделе- ния твердой фазы) Упарка раст- воров, преи- мущественно содовых и со- до-поташных с’ обильным выделением солей
ющих трубок), ж2 Размеры греющих трубок: наружный диаметр/тол- 720 1525 245
щина стенки, мм . . . . 57/3 57/3 38/2
длина, м 7 9 7
Число греющих трубок . . Диаметр греющей камеры, 645 1059 330
ММ ............ 2200 2650 1000
Диаметр сепаратора, мм . . Ориентировочная масса ап- 3000 3600 2800
парата, т Удельный расход металла, кг на 1 ж2 поверхности на- 48 70 24,5
грева 67 46 100
1 В исполнении без циркуляционной трубы используется как аппарат пле-
ночного испарения.
2 Циркуляционный насос пропеллерного типа; п—7354-960 об[мин.
Самоиспарители перегретых жидкостей
Применяются в составе выпарных и автоклавных батарей для
снятия перегрева (самоиспарения) растворов и пульп и сепарации
вторичного пара.
Объемные самоиспарители (рис. 89). Испарение
происходит при практически мгновенном сбросе давления в сужен-
ном сечении игольчатого регулятора на вводе перегретой жидкости
в сепаратор и сопровождается распылением жидкости.
Рис. 89. Самоиспарители растворов
и пульп:
а — гидростатический; б — -объемный
Циркуляционные гидростатические самоис -
парители (рис. 98). Испарение протекает в режиме кипения по
мере понижения гидростатического давления в восходящей ветви
циркуляционной трубы. По сравнению с объемными гидростатичес-
кие самоиспарители дают более чистый пар и работают без устройств
для автоматического поддержания уровня жидкости.
Т еплообмеюшки
Предназначены для передачи тепла от одной среды к другой
через разделяющую их поверхность теплообмена. В глиноземном
производстве теплообменники применяются в основном для подогре-
ва растворов н взвесей конденсирующимся водяным паром (подо-
греватели) и для охлаждения одной жидкости за счет подогрева
другой, в частности, для охлаждения растворов водой (собственно
теплообменники).
Чаще всего применяются трубчатые (кожухотрубные) теплооб-
менники (например, н в качестве подогревателей выпарных бата-
рей). Основные данные приведены в табл. 91.
Таблица 91
Трубчатые теплообменники
Тип
Назначение и пара-
метры
с неподвижными трубными решетками (TH)
*с плаваю-
щей голов-
кой (спе-
циальный
тип)
Основное назначение .
подогрев растворов паром
теплообмен
между жидко-
стями
Условное давление,
ат ...............
Число ходов (в труб-
ках) ...............
Поверхность иагрева,
мг:
номинальная . . •
фактическая, по
внутренней по-
верхности трубок
Размеры трубок:
наружный диа-
метр/толщииа
стенки, мм, ....
длина, м............
Число трубок ....
Диаметр корпуса, мм
Ориентировочная мас-
са, т ..............
Пропускная способ-
ность при
== 1 м1сек, м91ч . . .
125 200
107 177
6
6
320 500
125 200 320
266 438 246
38/2
5
204
800
38/2
5
336
1000
111 183
38/2
5
510
1200
6,6
38/2
6
684
1400
10,3
38/2,5
6
396
1200
9,8
278 372 203
подогрев
бокситово
пульпы
паром
30
2
103 180 310 38
38/2
5
196
800
2,9
320
33/2
342
1000
4.8
558
38/2
6
488
1200
7,7
796
38/3
6,9
56
600
5,25
81
6
2
• Специальные типоразмеры; остальные являются нормализованными изде-
лиями. Удельный расход металла для нормализованных теплообменников ти-
па TH в пределах приведенных типоразмеров 25—28 кг на 1 JK2 поверхности
нагрева. Гидравлическое сопротивление, ат; для шестиходовых (0,7—1) и>^,
для двухходовых (0,25—0,4) шж.
Для теплообмена между растворами применяются также пла-
стинчатые теплообменники, имеющие поверхность теплообмена из
гофрированных прямоугольных пластин с резиновым уплотнением
по периметру, собранных на общей раме.
Полезная поверхность одной пластины 0,2—0,5 м2, число пластин
в одном теплообменнике до 300, поверхность теплообмена — до
150 м2.
Рабочее давление до 10 ат, допускаемая температура среды до
140°С.
Положительные качества пластинчатых теплообменников: ком-
пактность, высокий коэффициент теплопередачи, возможность очист-
ки поверхности теплообмена с обеих сторон при разборке тепло-
обменника.
Подогреватели и конденсаторы смешения
Полочные аппараты. Употребительные размеры: диа-
метр 1—2,2 м. число полок 7—11.
Применяются в качестве конденсаторов смешения в выпарных
батареях (конденсация пара под вакуумом 80—85%) и для нагрева
воды конденсирующимся паром (под атмосферным давлением).
Производительность по пару 3—6 т/ч на 1 м? поперечного се-
чения. Степень нагрева воды на ~ 5 град ниже температуры насы-
щения поступающего пара. Основной недостаток — зарастание от-
верстий в полках солями жесткости.
Струйные подогреватели применяются для нагрева
воды паром 1—1,1 ат. Степень нагрева воды на —-10 град ниже
температуры пара. Производительность по пару на одно сопло
2—3 т/ч.
Барботажные подогреватели — простейшие устройст-
ва для подогрева 'Конденсирующимся паром абразивных или ин-
крустирующих пульп и растворов в баках (мешалках) постоянно-
го уровня. Подогреватель состоит из одной или нескольких верти-
кальных труб (барботеров) с отверстиями в боковой стенке и от-
крытым нижним концом. Заглубление (от веркала жидкости до
верхнего пояса отверстий) 2—3 м, высота гидравлического затвора
(от нижнего пояса отверстий до нижнего конца трубы) 2 м. Про-
изводительность барботера диаметром 100 мм с 100 отверстиями
диаметром 8 мм 1—1.5 т/ч пара.
5. Отстойные аппараты
непрерывного действия
Применяются для частич-
ного или практически полного
отделения взвешенных твердых
частиц от основной массы жид-
кости методом осаждения (се-
диментации).
Гидросепараторы (рис. 90)
Употребительные размеры:
Диаметр D, м........ 6—10
Высота цилиндрической
части h, м ........0,3 D—0.5D
Общая высота Н, м . . . 1,7—1,90
Угол наклона образующей
конуса а ........... 70 град.
Применяются в основном
для классификации гидрата
(гидроокиси алюминия) по
крупности частиц, а также для
отделения наиболее крупных
фракций взвешенных частиц перед подачей пульпы в сгустители.
При малых масштабах производства могут применяться также для
полного осаждения гидрата (вместо сгустителей.)
Сгустители
Сгустители, применяемые в глиноземном производстве, служат
для отстаивания горячих щелочных взвесей и выполняются поэтому
с металлическим закрытым сверху корпусом с центральным при-
водом.
Многокамерные сгустители нормального ти-
па (рис. 91,а). Назначение: осаждение красного шлама в процес-
се Байера и других тонких взвесей (илов) с ограниченной сгуща-
емостью.
В табл. 92 приведена техническая характеристика многокамер-
ных сгустителей нормального типа:
Таблица 92
Техническая характеристика многокамерных сгустителей
нормального типа
Диаметр корпуса £>, м
11 15* 20* 20*
Число камер п 3 5 2 5
Высота камеры h, м . . . - Общая высота сгустителя Н, 1,95 1,84 2,0 2,0
м Общая площадь осаждения 11,4 16,4 11,3 18,0
F, ж2 Общая масса сгустителя Q, 285 880 630 1570
Т я Удельный расход металла 56 127 119 253
Q-F, т/м2 ......... Число оборотов гребкового 0,197 0,145 0,19 0,161
вала, об/ч 6 6 6 6
Уклон днища и диафрагм . 1:7 (8 град.) 1:7 (8 град.) 1:7 (8 град.) 1:7 (8 град.)
Число сливных коробок . . 4 4 4 4
* Нормализованные типоразмеры.
Максимальное давление на диафрагмы снизу, т/м2
hp = h(y — y0),
где у и уо — соответственно плотности сгущенного шлама и
осветленной жидкости, т/м3-, в среднем Ар=0,4—0,6
т/м2.
Рис. 91. Схемы многокамерных сгустителей:
а — нормального типа; б — специального тцпа
Многокамерные сгустители специального ти-
па (для тяжелых условий работы) (рис. 91,6). Назначение: осаж-
дение гидрата и других взвесей, способных сгущаться до плотного
осадка.
Техническая характеристика таких сгустителей приведена в
табл. 93.
Таблица 93
Техническая характеристика сгустителей специального типа
Параметры Диаметр корпуса D, м
15 9* 12* 14 15»
Число камер п . . Высота камеры** 1 2 3 3 2
h, м Общая высота сгу- 3,2 2/2,5 2/2,5 2/2,5 2,2/3,0
стителя Н, м . . Общая площадь П.7 11,8 15,0 15,5 13,7
осаждения F, ма . Общая масса сгу- 175 125 340 460 350
стителя Q, т . . . Удельный расход 57 34 69 88 85
металла Q'-F, т/м2 Уклоны днища и 0,33 0,27 0,20 0,19 0,24
диафрагм .... 1:2,7 1 :2,7 1 :2,7 1 :2,7 1 :2,7
Число оборотов гребкового вала, (20 град.) (20 град.) (20 град.) (20 град.) (20 град.)
об/ч Число сливных ко- 30 30 30 30 30
робок 4 4 4 4 4
* Нормализованные типоразмеры.
** В числителе верхняя камера, в знаменателе — остальные.
Однокамерные сгустители. На отечественных заво-
дах имеют ограниченное применение (главным образом для взве-
сей, отлагающих осадки, склонные к цементации).
Технические данные однокамерного сгустителя для тяжелых ус-
ловий работы приведены в табл. 93.
Приводные механизмы сгустителей. Для сгусти-
телей всех типов в зависимости от их размеров и свойств осадка
применяются механизмы двух типоразмеров с передаваемым мо-
ментом выходного вала Мкр =080000—860000 кГ-см.
Мощность электродвигателей вращения и подъема гребковой си-
стемы 2,2—4,5 кет.
6. Фильтры
Производство глинозема связано с переработкой большого ко-
личества различных суспензий, поэтому включает ряд операций
разделения жидкой и твердой фаз методом фильтрации.
Фильтрационные переделы глиноземного производства могут
быть разделены на две группы:
1) отделение твердого из суспензий с большим отношением жид-
кого к твердому (контрольная фильтрация алюминатного раствора,
отделение тонкой части белого шлама и др.);
2) обезвоживание сгущенных осадкой с малым отношением
жидкого к твердому (отделение и промывка шлама после выщела-
чивания спека, отделение и промывка гидроокиси алюминия и др).
В первом случае применяются различные фильтры, работающие
под давлением (листовые горизонтальные или вертикальные и т.п.).
Во втором случае — вакуумные фильтры (барабанные, карусельные,
фильтры-сгустители и др.).
Фильтрующей средой служит капроновая ткань или фильтрую-
щий слой из целлюлозы, нанесенный намывом на металлическую
сетку или капроновую ткань.
Фильтрационная ашгаратура и схема ее установки в большинстве
случаев аналогичны используемым в химической и других отрас-
лях промышленности. Однако фильтрация в глиноземном произ-
водстве отличается рядом особенностей — это высокая температу-
ра суспензии, повышенная вязкость и склонность растворов к ин-
крустации. Зачастую фильтрации подвергаются шламы, склонные к
схватыванию.
Для контрольной фильтрации тонкодисперсных взвесей разра-
ботан специальный листовой вертикальный фильтр (рис. 92) типа
ЛВАЖ-125. Фильтр представляет собой стальной сварной верти-
кальный цилиндрический сосуд с коническим днищем и откидной
крышкой. Корпус соединяется с крышкой байонетным кольцом,
герметичность создается резиновым уплотнительным шлангом.
В корпусе фильтра установлены фильтровальные плиты в виде
рамок из специального профиля, а в них — дренажная сетка. Попе-
рек дренажной сетки крепится фильтровальная сетка или ткань.
В процессе фильтрации на плитах нарастает слой осадка, кото-
рый после окончания фильтрации и слива из фильтра избытка сус-
пензии смывается с помощью специального устройства—механиз-
ма гидросмыва. На трубе этого механизма установлены форсунки,
в которые подается смывающая жидкость. Труба гидросмыва вра-
щается, а также совершает возвратно-поступательное движение,
что обеспечивает смыв осадка со всей поверхности фильтровальных
плит.
Для спуска смытого осадка в нижней части конического днища
установлен донный клапан.
Управление работой фильтра автоматическое. Характеристика
фильтра с поверхностью фильтрации 125 м2 приведена ниже.
Поверхность фильтрации, м2...................
Рабочее давление, кГ[см2‘.
фильтрации ..................................
промывки .• . . , . ......................
воды в трубе гидросмыва .............. .
воды в уплотнительном шланге . . t . .
(воздуха пневмоуправления ................
Температура фильтрации, °C ..................
Емкость, jw3 ................................
Число фильтровальных плит, шт................
Расстояние между фильтровальными плитами по
реям, ММ . . ........ s ... .
125
До 4
До 4
8—10
10—12
6
До 90
13,5
38
Габаритные размеры, мм:
диаметр
ширина
высота . ...
Масса, кг . ...
2200
3800
5450
7000
Рис. 92. Листовой вертикальный фильтр (ЛВАЖ-125):
/ — корпус фильтра; 2 — крышка; 3—байонетное кольцо с уплотнительным
шлангом; 4 — .цилиндр подъема крышки; б— фильтровальные плиты; 6— меха-
низм гидросмыва; 7 — коллектор фильтрата; 8 — дойный клапан; 9—подача
и слив суспензии; 10 — выгрузка осадка; // — выход фильтрата; 12— подача
воды для гидросмыва
Отделение и промывка шлама от раствора при агитационном вы-
щелачивании спека не могут быть осуществлены на обычных филь-
трах «из-за наличия в пульпе значительного количества крупных
фракций шлама (1—2 мм) и склонности его к схватыванию.
Для проведения этой операции был разработан специальный
фильтр-сгуститель. На рис. 93 изображена одна из моделей такого
фильтра.
♦
Рнс. 93. Фильтр-сгуститель ‘поверхностью 76 мг:
1 — корпус сгустителя; 2 — распределительная головка
с приводом; 3 — перемешивающее устройство с приво-
дом; 4 — фильтрующие элементы; 5— подача исходной
суспензии; б—выход фильтрата; 7 —выход сгущенной
суспензии
4
На крышке сгустителя сравнительно небольшого диаметра 4—
5 м) установлена распределительная головка, к которой присоеди-
няют группами на коллекторах фильтрующие элементы — обтянутые
тканью конические патроны.
К распределительной коробке присоединены линии вакуума и
сжатого воздуха. Коллекторы по очереди соединяются с вакуумом
и сжатым воздухом. Время нахождения коллектора под вакуумом,
паузу и время отдувки подбирают опытным путем.
СП
сЗ
ЙГ
S3
ч
хр
л
Ь*
оказатели работы фильтров в глиноземном производстве
I Параметры
производи- тельность по фильт- рату, Л€3/(Л2-Ч) 0,7—1,5 1 1 1 СМ 2,0 •
производи- тельность по влажному осадку, т/(л2-ч) 1 2,4—2,6 3,6-5,4 1,55—1,85 1 1
сорт ткани Металлическая или капроновая ткань с ; нанесенным слоем 3 СП о ч i Ф Е Бельтинг, капроно- вая ткань, метал- лическая ткань I То'же * А А Капроновая ткань А А
% 'bbVboo qxooHjKBira ввньэиоя 1 15—20 11-12 8-10 37—39 25'
Эо •ииТгеИхчь-иф BdZiBdauwax О СО 1 О 40-50
t % 'не -вф yotdasi ви’пвйхнз'пном ввншгвьвн 0,Ol- О.05 50-60 50—60 50—60 ю см I
‘эинэи-авН 7 1 1111 •—<
чиэ 'uid ww
‘иЛХяен
Тип фильтра Листовой, под давлени- ем Барабанный
• о Е
СЗ Е ^4
e-g Е
л ь «=(
Ч Е S
S и Гт?
S •e-s Е
5 к о СС Ф
сх о С Е S В а 43 5 а-
ч о &. а § л а
И к ь й ч О 3 0
О ге и сх< V С
W 3
S о сх Е О> о S м
ч о с Е tt в
о
0> о
я о со о
ю
о S
Н
о а
РЗ
о 3
CU <и о S о о.
Е
Ф
ч Ч О
§ о Е
СЗ
Ф
S s ч S
5 5 О s
е з Н М
Фильтрат из распределительной коробки отводится через ва-
куум-котел. Сгущенная (пульпа выводится из конуса сгустителя
специальным разгрузителем.
Для промывки шлама устанавливают последовательно несколь-
ко фильтров-сгустителей и репульпаторов, работающих по принци-
пу противотока.
Промышленный фильтр-сгуститель диаметром 4300 мм имеет
следующую характеристику:
Поверхность фильтрации, м2............... 76
Фильтрующая поверхность одного патрона, м2 0,55
Число патронов ........................... 138 (23 секции
по 6 патронов)
Объем одного патрона, л........................ 6
В последнее время фильтры-сгустители вытесняются более со-
вершенными карусельными фильтрами, выпуск которых начат оте-
чественной промышленностью.
Характеристика карусельного фильтра:
Поверхность фильтрации, м2:
общая......................................... 50
активных зон ............................... 44
Поверхность фильтрации одного ковша, м2 . . 2,1
Число ковшей .................................. 24
Габаритные размеры, мм:
длина ....................................- 13950
ширина ................................. 13715
(высота ................................. 2960
Масса, т ..................................... 40
В табл. 94 приведены показатели работы фильтров на основных
переделах глиноземного производства, а ,в табл. 95 и'96 — характе-
ристика выпускаемых отечественной .промышленностью барабанных
и дисковых фильтров.
За рубежом выпускают барабанные фильтры с фильтрующей по-
верхностью до '1135 м2, дисковые фильтры с фильтрующей поверхно-
стью до 238 л2 и карусельные фильтры с поверхностью до 200 м2.
Таблица 95
Характеристика барабанных фильтров
Параметры Типы фильтров
БОУ-10-2,6 М58 БОУ-20-2,6 М58 БОУ-40-3
Фильтрующая поверхность, м2 10 20 [40
Размер барабана (диаметр X X длина), мм 2612x1350 2612x2700 3000 x 4400
Число оборотов, об!мин . . Угол погружения барабана, 0,13—2 0,13—2 0,09—1,3
град 151 151 151
Масса фильтра с приводом, кг 8865 13632 18057
Характеристика дисковых фильтров
Тип фильтра
Параметры Ду9-1,8 ДУ18- 1.8 ДУ27- 1.8 ДУ34- 2,5 Ду51- 2,5 ДУ68- Ду102- 2,5
Поверхность фильт- рации, м2 .... 9 18 27 34 51 68 102
Диаметр диска, м 1,8 1,8 1,8 2,5 2,5 2,5 2,5
Число дисков . . 2 4 6 4 6 8 12
Число оборотов ди- сков, об/мин . . . 0,15- 0,15— 0,15- 0,15- 0,15— 0,15- 0,104—
0,9 0,9 0,9 0,9 0,9 0,9 0,254
Мощность привода, кет: дисков .... 1,7 1,7 1.7 2,8 2,8 2,8 \ 7
мешалки . . . 1,7 1,7 1,7 2,8 2,8 2,8 /
Масса без вспомо- гательного обору- дования, кг ... 3700 4490 5590 6930 8490 9750 13512
7. Транспортирование жидкостей, взвесей и газов
Трубопроводы и арматура
Основные технологические и конструктивные данные о внутрице-
ховых трубопроводах приведены в табл. 97 и 98.
Специальные типы арматуры, 'применяемые в глиноземном произ-
водстве:
1. Угловые клапаны — запорные органы тарельчатого типа с уп-
лотнением из листовой резины, корпус сварной; условные проходы
ilOO—300 мм. Применяются для сред с температурой до 1100°С при
давлении до 4 ат.
2. Регуляторы истечения для перегретых абразивных пульп. Угло-
вые, игольчатого типа, оболочка конического регулирующего органа
(иглы) и гнездо — из твердого сплава. Условное давление (на вхо-
де) до 40 ат.
3. Краны чугунные, пробковые, с винтовым подрывом пробки.
Условные проходы 150—1250 мм.
Машины
.Поршневые насосы—горизонтальные, сдвоенные, двой-
ного действия; поршни с резиновыми уплотняющими манжетами, ци-
линдры защищены сменными стальными гильзами; клапаны тарель-
чатые, с резиновым |уплотнением. Данные о некоторых насосах этого
типа приведены в табл. 99.
Таблица 97 Выполнение трубопроводов (трубы горячекатаные, фланцы приварные, прокладки: до 100°С— резина, свыше 100°С—паранит) Типы применяемой запорной арма- 3 в Й § к с Э ►£ *5 <L к С Я Е S S С£ Л сс новые, вентили • с 5 с ►j t с г ? с i i О 1 а $ а > i X 3 § и h Задвижки параллельные и кли- новые, краны пробковые (для dy < 150 мм), угловые клапаны Угловые клапаны, задвижки клиновые, краны пробковые
Рекомен- дуемый уклон, % 7 С 7 to о 0,8—1,5 ю сч ю
Конструктивное выполнение трубопровода Фланпевые соединения в местах уста- новки арматуры и заглушек. Осталь- । ные соединения — сварные 1 То же, для малых диаметров приме- няются также муфтовые соединения (газовые трубы) Фланцевые соединения в местах уста- новки арматуры и заглушек, на отво- дах от магистралей и через 10—14 л на прямых участках Фланцевые соединения в местах уста- новки арматуры и заглушек, на ^всех коленах и тройниках и через 6—7 м на прямых участках
1 =£ X к 5 S S, 3 J с Пао (чистый), конденсат С С С с G с S ta ► & i= р С а S « £ i I । 1 Пар (загрязненный), слабоабра- зивные тонкие взвеси, растворы с незначительным отложением осадков (маточные, промывные и т. п.) Растворы с обильным отложе- нием осадков, концентрирован- ные и грубые взвеси (пульпы)
To же, сильноабразивные пуль- То же, трубы с утолщенными стенка- 1,5—2,5 Задвижки клиновые, краны
пы____________________________ми__________________________________________пробковые_________________
I
Характеристика трубопроводов
Наружный диаметр трубопровода, мм
Параметры 57 76 89 108 133 159 219 273 325 377 426
Толщина стенки
(наиболее употре-
бительная) , мм .
Живое сечение,
дм?..............
Пропускная спо-
собность при w —
=1 м/сек, ма/ч .
Масса металла
трубопровода
(включая фланце-
вые соединения
через 6 м).
т/100 пог. м . . .
То же, при тру-
бах с утолщенной
на 2 мм стенкой,
т/100 пог. м . . .
Масса трубопро-
вода в рабочем со-
стоянии,
т/100 пог. м:
нормальная* .
максимальная*
3
0,24
8,6
0,42
0,66
1,8
2,1
3,5
0,37
13,4
0,65
0,98
3,5
0,53
19,0
0,78
1,18
2,8
3,4
4 4 5 6
0,79 1,23. 1,74 3,37
28,3 44,2 62,7 121
1,08 1,34 1,98 3,26
1,56 1,95 2,70 4,27
3,6 4,7 6,3 10,3
4,4 5,8 7,6 12,5
7
5,27
190
4,73
6,00
14,2
18,0
8
7,50
270
6,43
7,94
20,1
24,2
10
10,5
360
9,27
11,0
26,8
32,1
12
12,7
457
12,5
14,5
34,2
40,5
1 Трубы с нормальной толщиной стенки, плотность среды у = 1,35 т/м* 3,
изоляция 6 =50 мм.
2 Трубы утолщенные, плотность среды у=1,7 т/м3, изоляция 6 =50 мм.
Поршневые насосы применяются для нагнетания щелочных пульп
с температурой до 100°С под давлением свыше 16 ат в следующих
случаях:
а) питание автоклавных батарей непрерывного действия бокси-
товой пульпой |('П'Р'И выщелачивании) или алюминатным раствором
со взвесью шлама (обескремнивание);
б) питание печей спекания мокрой шихтой с распылением ее фор-
сункой.
При установке гильз и поршней уменьшенного диаметра (до 0,7—
0,6 номинального) допустимое давление может быть увеличено в 2—
3 раза ((обратно пропорционально сечению цилиндра) с соответству-
ющим уменьшением производительности.
Потребляемая мощность #=;(0,032—-0,036) QP кет, где Q — фак-
тическая подача насоса, л«3/ч; Р—«фактическое давление подачи, ат.
Центробежные насосы применяются для транспортиро-
вания различных растворов и пульп глиноземного производства и
питания ими систем аппаратов непрерывного действия (под давле-
нием не свыше 10 ат); применяются обычно центробежные насосы—
горизонтальные, одноколесные, с чугунным или стальным корпусом.
Характеристика поршневых иасосов
Параметры Тип насоса
LPV*1 LPV LPV LPV У8—4*2
Номинальный (максимальный) диа- метр цилиндра D, мм 100 140 185 250 170
Ход поршня L, мм 150 250 400 450 450
Максимальное число ходов п в ми- нуту 100 70 55 55 65
Максимальная производительность Q, ти3/ч*3 27 62 132 280 128
Допустимое рабочее давление при максимальной производительности Р, ат 26 32 60 20 95
Масса насоса (без шкива), т . . . 1.3 1.6 10,9 15 18,5
*' Заводы «Сигма» (ЧССР). *2 УЗТМ (СССР). и Подача при максимальных
D и п.
Гидравлическая характеристика: коэффициенты быстроходности
60—ilOO, число оборотов рабочего колеса — не более 1450 в минуту,
производительность 50—600 м3/ч, развиваемый напор 20—50 м,
к.п.д. 50—70%.
Для грубых и средних взвесей применяются насосы типа песковых
или баггерных, иногда с бронированным корпусом, а также с корпу-
сом и рабочим колесом из твердых сплавов '(для сильноабразнвных
пульп).
Для мутных, выделяющих отложения растворов и тонких, слабо-
абразивных взвесей .применяются насосы типа фекальных .или обыч-
ные жидкостные тяжелого типа.
Рабочие колеса — с широкими каналами или открытого типа.
Сальники — с мягкой набивкой, для абразивных пульп и горячих
агрессивных растворов — с гидравлическим уплотнением '(с набивкой
по обе стороны водоподводящего кольца).
В а к у у 'м-н а с о с ы. Для откачки воздуха из конденсаторов
смешения и ресиверов .вакуум-фильтрационных установок применя-
ются водокольцевые вакуум-насосы .(характеристика вакуум-насосов
основных типоразмеров приведена в табл. 100).
Эти же насосы используются в качестве воздуходувок небольшой
мощности '(для отдувки осадка с вакуум-фильтров и фильтров-сгус-
тителей) .
Турбогазодувки применяются для нагнетании больших
масс при умеренном давлении (воздух — .в аппараты кипящего слоя,
очищенные печные газы — в карбонизаторы).
Характеристика некоторых турбокомпрессорных машин (нагнета-
телей), применяемых для этой цели, приведена в табл. 101.
Характеристика вакуум-насосов
Параметры Типоразмер
рмк-з РМК-4 BBH-50J
Максимальная производи- тельность Q (по всасыва- нию), м3/ч 690 1820 3000
Максимальное разрежение (при <2=0), % 96 96 95
Установленная мощность, кет . _ 30 75 100
Таблица 101
Характеристика компрессорных машин
Параметры Тип
360-22-1 670-24-1 1200-26-1
Производительность (по вса- сыванию), м3/ч 18500 42000 69000
Давление иа выходе, ат . . Число оборотов ротора в ми- 2,4 2,2 2,2
нуту 7750 4800 4350
Потребляемая мощность, кет Масса машины (без приво- 700 1200 2350
да), т 3,6 8,9 13,0
8. Резервуары и мешалки
По производственному назначению резервуары и мешалки могут
быть подразделены на две группы:
'1. Емкости для проведения различных технологических операций:
а) гетерогенных реакций при взвешенном состоянии твердой фазы
(выщелачивание и обескремнивание при атмосферном давлении, вы-
кручивание, карбонизация, известковая каустификация .и др.);
б) смешения жидкостей (разбавление, репульпация уплотненных
осадков и кеков, приготовление мокрых шихт и растворных смесей).
S. Буферные емкости:
а) для питания насосов и аппаратов непрерывного действия (про-
ходные емкости);
б) для хранения жидких полупродуктов и вспомогательных мате-
риалов (резервуары).
Основные типы сосудов для различных сред указаны в табл. 102.
Способ перемешивания и необходимость последнего вависят в ос-
новном от содержания и размера твердых частиц (d), поддерживае-
мых во взвешенном состоянии.
Таблица 102
Типы сосудов для различных сред
Характеристика среды
Основные типы сосудов
Грубые взвеси (размер частиц
d<0,5—2 мм)
Средние и тонкие взвеси (d<
<30—150 р.)
То же, особо густые (влаж-
ность 30—50%)
Мутные растворы (0,1—5 а/л
твердого, d<l—5 р.)
Условно чистые растворы, вода,
конденсат
Турбинные и пропеллерные мешал-
ки высокой интенсивности (агита-
торы)
Цепные мешалки, гидравлические
смесители1
Шлаковые бассейны, цепные ме-
шалки
Цепные мешалки (большей частью
тихоходные, периодического дей-
ствия)
Баки (резервуары); для смешения
растворов—цепные мешалки
1 Специальные технологические аппараты: декомпозеры с циркуляционным
перемешиванием, цилиидро-конические карбонизаторы (см. стр. 263, 264).
Рис. 94. Цепная мешалка:
1 — лопасть; 2 — цепи; 3 —
волокуша; 4 — редуктор; 5—
электродвигатель
Ниже приведены основные тех-
нические данные резервуаров и ме-
шалок, применяющихся в глинозем-
ном производстве.
Пропеллерная мешалка
для выщелачивания и репульпации
измельченного спека £)=2,5 м, Н=
=й,2 м, V=16 м3. Интенсивность пе-
ремешивания 1=1200—1500 вт/м3.
Цепные мешалки (рис. 94)—
наиболее универсальный вид емко-
стей.
Характеристика мешалок основ-
ных типоразмеров приведена в
табл. 104.
Гидравлические смеси-
тели — цилиндро-конические верти-
кальные сосуды небольшой емкости
(до 50 №); взмучивание осуществ-
ляетси с помощью тангенциально на-
правленной струн. Применяются в ка-
честве проходных и смесительных
емкостей для тонких взвесей.
Характеристика цепных мешалок (основные типоразмеры)
. л 2 ”"июб5й = ' s (ввнчтгвииниго) о винвеитаиайап п чхэоиниэнэхни Ф * 00<N<NCT>QCO—' О —4 =® OoOt-*tOCOCO<N(N<N g >>
р $ шоя *м гэиижэй л а ЕэкэтинаоивхэЛ * 2 ибн чхэонТпон и KBwaEirpadxon S « S —<C0<ZJ00O00OOC0C<1 Я 0 СОООСООС-СЛСО'*—< 9 о _ — —I >> g, >> о
Я Masjw Ча' “• luaenoir qxsod; -ояэ ввижЛдяо" J JE **• ’-Н0000ОО0000ООЮ g- o <N <N CO CO СЧ <N CO CO 2 £ rt a £ 2
р гаю ‘чхэон^пок о BBwaBHBtfadan Й <D M Г-ЮЮООЮЮСОСОсО 1 В S P, 55\O
(2 ; OlfOHh aoHhoxBtfadan VO Ю Ю Ю Ю 2 &M •» •» •» * •• a P Ь.(М<МЬ*«Ь«Ь-Ь-СЧС1СЛ к cooocooooooooocn ф н g
g daweBdoiiHx 3 Л lOlOVOlOtOVOlOLOiOlO 5 Cl rt rt Tf -rf -rf Ю 1Л CO O &R ДГЁГЁГЁГЁЖГЁЁЁЖ g gS 000000.0000 8 §4 EJ EJ EJ EJ EJ EJ EJ ЕГ ЕГ Ef . MS i*1 SO
a о wiwjgo & *0OXOdOpO OITOHh <u oooooooooo S ess £ SSS S 8 §1
m тем ‘чюопТпои “ 5s t rt M Ь S H M Cl co & o« E Sr a
и tmwjgo ‘u о ooxodopo oiranh s о e ч OIOIOIOOCOCO’—< В O’tf’tf’-«’-iQ000fr^t*.C0 ® F § E о В
a О . n >> W * y iBXOO Ф -но KBHHatfasHdH & VO Ю Мф C00b*b-Q0b-00000>CD д о~ о" о" О О* О~ О О О О* g д 2 А 2
2 S К ‘V ВХОЭИВ s a ” % 5 Tt-OvOlOlOLOlOlOvOlO -5.Ф ~ ь, а —‘ С) С) С1 СО О1 СП СО со К В ь ко 5 О СО <5
s w £ W *4 BHHIftf к и а VO оо со СЧ <М ю to О О О п ф «...«кмммммак *>• В cqcocototooocoooo i вд ° *я
‘Д иэчро И1ЧНЕОН CJ 1 Л S« —•tOO’TF^ooOOO о g'rt П1 ь СП О to О О t— О’ф & В L ' О] О1 СО Ю t- О о ь-Ф * » — g Ее
Л XO Д tv *Н ВХОЭНН a <0 » К ф tn a g к to в к л С0^ФФО>ФО>СП<М<М oS 2 ~ о о й
CO cu w q 'dxaweHtf * § -S.S vo ю io io т ^сн СО^^СОСОЬ-Ь-СПСПО м s« * к
Шламовые бассейны применяются для смешения и хра-
нения оперативного запаса мокрых шихт и их компонентов.
Ниже приведены основные размеры шламовых бассейнов:
Диаметр, м ................................. 7
Общая высота, м ......................... 21,1
Угол наклона образующей конического
днища, град................................ 60
Емкость. м3................................ 550
9 11
21,1 26
55 55
1080 2000
Перемешивание воздушное: а) циркуляционное с помощью аэро-
лифта; б) периодический ба'рботаж.
Баки '(резервуары). Крупные резервуары без мешалок
имеют следующие размеры:
0=12— 15 — 20 м, Я=10— 15 ли
Размеры цилиндрических баков емкостью до 17185 № приведены в
табл. 103.
Толщину стальных листов корпуса выбирают по расчету (но не
менее 6—8 мм), исходя из допускаемых напряжений:
а) для растворов с высокой концентрацией активной щелочи
(>1200—250 г/л NagOK) o=i800->600 кГ\1см2‘,
б) для прочих растворов a=lli3004-ll400 кГ)см2.
Удельный расход металла колеблется (в зависимости от плотно-
сти среды ,и других условий) в следующих пределах:
80—160 кг)м3 для баков емкостью Б—250 ж3 и 50—<35 кг[м3 для ба-
ков емкост ью 400—4700 л3.
Глава VII
АВТОМАТИЧЕСКИЙ КОНТРОЛЬ
И РЕГУЛИРОВАНИЕ
ПРОИЗВОДСТВЕННЫХ ПРОЦЕССОВ
Основной технико-экономический эффект от автоматизации про-
изводственных процессов глиноземного производства заключается в
повышении качества продукции, увеличении производительности
труда и оборудования, уменьшении удельных расходов сырья, щело-
чи, топлива, электроэнергии на тонну глинозема н улучшении усло-
вий труда.
1. Особенности измерения основных технологических параметров
глиноземного производства
Измерение температуры
Для измерения температур в аппаратах и трубопроводах гидро-
химических переделов глиноземного производства применяют стан-
дартные медные и платиновые термометры сопротивления, электри-
ческое сопротивление которых возрастает с повышением температуры
среды, в которую они погружены.
Таблица 104
Градуировка термометров
Градуировка Материал чувстви- тельного элемента Сопротивление термометра при 0°С, ом Верхний предел ра- бочих температур, °C
20 Платина 10 300—500
21 » 46 300—650
22 » 100 300—650
23 Медь 53 100
Градуировка термометров зависит от материала и величины со-
противления чувствительного элемента (табл. 104).
Материал и длину защитного чехла термометра выбирают при-
менительно к условиям его работы [168].
При контроле температуры пульп и кристаллизующихся раство-
ров термометры рекомендуется устанавливать -на верхней крышке
аппарата для того, чтобы предотвратить прогиб чехла термометра
под действием веса отлагающихся наростов.
На аппаратах, в верхней части которых образуется газовая по-
душка (например, автоклавы) или пена (например, декомпозеры),
длина термометра должна быть достаточной для погружения его ра-
бочей части в жидкость.
Для автоматического регулирования (например, в системе авто-
матического регулирования температурной депрессии оборотного ра-
створа в выпарных аппаратах) в качестве датчиков температуры
иногда применяют полупроводниковые термосопротивления (терми-
сторы), электрическое сопротивление которых падает с .повышением
температуры.
Термосопротивления обладают большой чувствительностью к из-
менениям температуры и меньшей инерционностью, чем термометры
сопротивления, однако «х характеристики менее стабильны и различ-
ны у разных образцов, что требует индивидуальной градуировки
вторичного прибора с каждым датчиком.
Температуры выше 50()г’С измеряют термопарами.
В табл. 105 приведены типы преимущественно применяемых тер-
мопар.
Таблица 105
Характеристика преимущественно применяемых термопар
Тип термопары Материал термо- электродов Градуировка Наибольшая измеряемая температура. Применяемый компенсацион- ный провод
при длитель- ном примене- нии при кратко- временном гт U. материал и расцвет- ка обозначение
ТХА Хромель-алю- мель ХА 1000 1300 Медь-константаи (красный—корич- невый) М
ТПП Платинородий- платина ПП-1 1300 1600 Медь-сплав ТП (красный—зеле- ный) Хромель-копель (фиолетовый— желтый) П
тхк Хромель-ко- пель хк 600 800 хк
Для измерения температуры материала во вращающихся печах
спекания и кальцинации термопары помещают в специальный карман
(рис. 95), защищающий их от механических повреждений и уменьша-
ющий влияние газового потока на показания термопары. Съем сиг-
нала от термопары, установленной иа вращающейся печи, произво-
дится с помощью графитовых токосъемников, скользящих по медиым
кольцевым троллеям, охватывающим обечайку печи.
Рис. 95. Установка термопары для измерения температуры во вра-
щающейся печи:
/ — термопара; 2— карман; 3 — обечайка печи; 4 —футеровка пе-
чи; 5 —троллеи; 6—графитовый токосъемник; 7 — компенсационные
провода
Вторичными приборами, к которым подключаются термометры
сопротивления и термопары, служат показывающие, самопишущие и
регулирующие автоматические электронные мосты и потенциометры,
выпускаемые в широкой номенклатуре отечественной 'Промышлен-
ностью.
Сравнительные технические характеристики наиболее распростра-
ненных на глиноземных заводах вторичных приборов для измерения
температуры приведены в табл. 106.
Условное обозначение конкретной модификации прибора может
быть уточнено по специализированным справочникам [86, 169].
Таблица 106
Сравнительные технические характеристики вторичных
автоматических электронных приборов для измерения температуры
Тип прибора Основная пог- решность, % к диапазону шкалы ф Я со Дополнительные ус- тройства. встраявае-
мые в при бор
ь ф S Способ ре- гистрации Я м ф 1 П-.Н ф Е tf R
3 о t показаний я § Я о g о « Д а ь s сз КГ Е СП Ф S о ас*. Е о S « к Ф S a
н <и я 5 И мед 3 с ч § и к след
о о 3 м о в й и И О О fct Ф СО к Ы 3 о
5S К р. в со О» со ГО ООЧ К икр
ЭМВ2* ЭПВ2* Показы- вающий ±0,5 — 1, 6, 12 + + —
ЭМД ЭПД Дисковая диаграм- ма ±0,5 ±1 1 + + +
МЭД-250 пэд- 250 То же ±0,5 ±1 1 + + —
ЭМП ЭПП Ленточ- ная диаг- рамма шириной 275 jwm ±0,5 ±0,5 1, з, 6, 12, 24 + + +
мс ПС То же, шириной 160 мм ±0,5 ±1 1, з, 6, 12 + — —
МСР ПСР То же ±0,5 ±1 1, з, 6, 12 + + —
Условные обозначения: плюс — прибор имеет указанное дополнительное
устройство, минус — прибор не имеет дополнительного устройства.
* Прибор имеет вращающийся цилиндрический циферблат.
Измерение давления
Наличие в манометрах деталей из медных сплавов препятствует
непосредственной установке .манометров на аппаратах и трубопрово-
дах глиноземного производства. Для защиты измерительных механиз-
мов манометров от соприкосновения со щелочными растворами и
пульпами применяют разделительные устройства. В этих устройствах
передача давления от контролируемой среды к манометру осущест-
вляется через эластичную мембрану или нейтральную жидкость, не
смешивающуюся с раствором или пульпой (рис. 96).
Кроме обы’чных технических манометров, применяют манометры
типа МЭД (с дифференциально-трансформаторным датчиком для
дистанционной передачи показаний).
Предел -измерений манометра выбирают таким образом, чтобы
ожидаемый диапазон изменений давления укладывался в отервых
двух третях шкалы прибора. Верхний предел шкалы манометра вы-
бирают из ряда чисел: 0,25; 0,4; 0,6; 1,0; 1,6x10” кГ/см?,
где п — любое положительное число или ноль [‘170].
Рис. 96. Разделительные сосуды с вялой резиновой мембраной (а)
и без разделительной мембраны с разделительной жидкостью,
плотность которой меньше (6) или больше (о) плотности контро-
лируемой жидкости:
/ — трубопровод контролируемой жидкости; 2 — задвижка (в рабо-
чем положении полностью открыта); 3— разделительная мембрана;
4 — корпус разделительного сосуда; 5 — разделительная жидкость;
6 — штуцер для заливки разделительной жидкости; 7 — импульсная
линия
Измерение расхода растворов и пульп
Измерение,.расхода растворов и пульп необходимо для учета меж-
операционных потоков, контроля производительности отдельных
аппаратов и переделов, а также для создания систем автоматической
стабилизации расходов и многокомпонентного дозирования.
Измерение .расходов растворов и пульп глиноземного производст-
ва затруднено наличием в них взвесей твердых абразивных частиц,
склонностью к отложению осадков на соприкасающихся поверхно-
стях и активным химическим взаимодействием с металлами. Поэтому
расходомеры с нормальными диафрагмами могут применяться только
для контроля расходов поды, пара и сжатого воздуха [170].
Для измерения расхода пульп и растворов, транспортируемых
по трубам под давлением, на заводах применяют трубы Вентури с
разделительными сосудами, предохраняющими дифманометр от кон-
Таблица 107 Основные технические характеристики индукционных расходомеров Температура контролируе- мой среды, °C sf 1 to tf 3 5—150 К -10П 3 До 70 > 120 » 180
Макси- мальное раиичее давление, кЦсм* 25 6 25 6 into о O1CN—'
Электропро- водность конт- ролируемой —1 среды, ом X -— j Хем 1 й 1 э 1. ь! ^“1 D
Основная по- грешность, % ±1,5 ю -Н со + + +1
Внутреннее покрытие датчика Полуэбонит 1751, эпо- ксидный компаунд ЭД-5, ЭД-6 То же Резина, эпоксидная смола, 5 5 X э 3-
Диапазон из- мереиия, От 10 до 400 От 10 до 400 От 0,32 ОКАЛ э э <1
1 Диаметр ус- ловного про- | хода, мм 50, 70, 80, 100, 125, 150, 200 50, 70, 80, 100, 125, 1 150, 200 1 10, 15, 25, 50, 80, 100 200 и 300
Тип прибора 4РИ 5РИ* ИР
* Расходомер 5РИ имеет дополнительно пневматическое устройство С выходом ОД—1,0 kPIcm1 на агрегатную унифициро-
ванную систему «Старт».
такта с контролируемой средой. Принцип устройства разделитель-
ных сосудов такой же, как м при измерении давления (см. рис. 96).
Недостатком расходомеров с трубами Вентури является зави-
симость показаний приборов от плотности и вязкости контролируе-
мой жидкости и от'непостоянства сечения проточной части, изменя-
ющегося в .процессе работы вследствие износа или зарастания. Для
предохранения от износа суженную часть трубы Вентури снабжают
сменной .вставкой из твердого материала, однако ‘погрешность изме-
рения расхода в конце срока службы вставки достигает 6—7%.
Для автоматического контроля расхода растворов и пульп глино-
земного производства, кроме труб 'Вентури, широкое распространение
получили сегментные диафрагмы с непрерывной промывкой штуцеров
отбора давления конденсатом. Достоинствами такого прибора явли-
ется простота изготовления, монтажа и эксплуатации.
Датчики расхода с сегментной диафрагмой типа ДСД-il ‘изготав-
ливаются .и поставляются ОКБ «Цветметавтоматика» для трубопро-
водов диаметром от 50 до 300 мм. Материал диафрагмы (углероди-
стая сталь, нержавеющая сталь или титан) выбирают .с учетом кор-
розионных свойств и абразивности контролируемой среды.
Перспективными устройствами для измерения расхода растворов
и пульп глиноземного производства следует считать индукционные
расходомеры, показания которых не зависят от плотности и вязкости
контролируемых сред {170].
Таблица 108
Сравнительные технические характеристики вторичных
автоматических электронных дифференциально-трансформаторных
приборов для измерения давления, расхода и уровня
Основная пог- решность, % к диапазону шкалы Дополнительные устройства, встраиваемые в прибор
Тип прибора Способ регистрации показаний показаний । записи 1 реостатный 1 задатчик электричес- кий позициои- ный регулятор । пневматичес- кий изодром- ный регулятор интегратор
ВМД ЭИВ2 ЭПИД ДС-1 ДСР-1 Показывающий То, же Дисковая диаграмма Ленточная диаг- рамма шириной 160 мм То же ±1 ±0,5 ±1 ±1 ±0,5 ±1 ±0,5 ±1 t tt 11 . 14- +/ 4- 4- 4- 4- 4- '1 14-11 4- 4-4-11
Условные обозначение: плюс — прибор имеет указанное допол-
нительное устройство; минус — прибор не имеет дополнительного устройства.
Основные технические характеристики индукционных расходоме-
ров, серийно выпускаемых отечественной промышленностью, приведе-
ны в табл. 107.
Дистанционная передача показаний первичных приборов, измеря-
ющих давления, расходы и уровни, производится с помощью индук-
ционных дифференциально-трансформаторных датчиков.
Основные показатели вторичных приборов, которые используются
в глиноземном производстве для измерения, регистрации и регулиро-
вания этих параметров, приведены в табл. 108.
Измерение расхода массы сыпучих материалов
Для непрерывного измерения расхода сыпучих и кусковых мате-
риалов: боксита, нефелина, известняка, соды, опека и других—при-
меняют конвейерные весы типа ЛТМ, а также ленточные весоизме-
рители типа ВЛ-4058 и ВЛ-ИО59 [85, 172]. Взвешивание на этих ве-
сах производится автоматически при непрерывно движущейся ленте
транспортера.
Весы ЛТМ оборудованы пультом со вторичными приборами: ука-
зателем производительности конвейера и счетчиком суммарной мас-
сы пропущенного материала.
В .весах ВЛ для дистанционной передачи показаний и создания
схем автоматического дозирования .встроены одни или два индукци-
онных датчика.
Технические характеристики весов . ЛТМ и ВЛ приведены в
табл. 109.
Таблица 109
Технические характеристики леиточиых весоизмерителей
Тип весов Средняя точность взвешивания, % Габаритные размеры, мм Масса, кг Ширина ленты, мм
Г л/j. 'чхэои длина ширина высота
ЛТМ 20- -1000 ±1 ,0 2400 1200— 2700 2000 до 500 400— 2000
ВЛ-1058 30, 75, 200 ±1,5 2150 1500 1400 130 720
ВЛ-1059 0,3; 1,3; 5,0 ±1,5 1290 760 780 190 400
Для непрерывного дозирования сыпучих материалов с заданной
производительностью применяются автоматические дозаторы ЛДА,
состоящие из электровибрационного питателя с вибродвигателем и ве-
сового транспортера. Требуемая производительность устанавливается
с помощью задатчика вторичного прибора, который регистрирует
производительность дозатора и снабжен механизмом суммарного от-
счета количества выданного материала.
Дозатор может работать хак в режиме автоматической стабили-
зации, так и при дистанционном регулировании производительности.
Технические данные дозаторов ЛДА помещены в табл. ПО.
Таблица ПО
Основные показатели дозатора ЛДА
Тип доватора
Габаритные размеры,
мм
Масса, кг
ЛДА-12с
ЛДА-25с
ЛДА-32С
ЛДА-бОс
ЛДА-100с
12 ±2,0 4500 1135 1290
25 ±2,0 4500 1435 1350
32 ±2,0 4500 1135 1290
60 ±2,0 4500 1435 1350
100 ±2,0 4500 1635 1425
560 640
610 640
560
610
600
640
640
1300
500
800
500
80Э
1000
, Измерение уровня жидкостей
Контроль уровня растворов и пульп в баках и аппаратах глино-
земных заводов осуществляется главным образом пьезометрическими
уровнемерами, измеряющими гидростатическое давление столба кон-
тролируемой жидкости. Показания такого уровнемера пропорцио-
нальны уровню и плотности жидкости, поэтому колебания плотности
контролируемой среды вносят погрешность .в результаты измерений.
'На р.ис. 07 .приведена схема пьезометрического измерения в бата-
рее карбонизаторов [11173]. Расход воздуха, проходящего через дрос-
сель 4, не должен превышать 1,5—2 л]мин, так как при увеличении
расхода происходит переохлаждение труб и они быстро зарастают
осадком. При уменьшении расхода воздуха ниже '1,5 л]мин нежела-
тельно увеличивается запаздывание в системе измерения уровня.
В уровнемерах на баках и аппаратах, работающих под атмосфер-
ным давлением, широко .применяется разделительный пневмокарман,
куда подводится сжатый воздух, используемый для периодического
восполнения потерь воздуха из пневмокармана (рис. 98,а).
Для контроля уровня пульпы в сепараторах автоклавных батарей
выщелачивания применяют уровнемеры '(рис. ©8,6) с отборами дав-
ления из парового пространства сепаратора (через конденсационный
сосуд) и от пульпопровода '(через разделительный сосуд). Применя-
ют также пневматические разделительные сосуды и сосуды с вялой
резиновой мембраной (стр. 287).
Датчиками систем автоматического регулирования уровня пуль-
пы с малым диапазоном возможных настроек задания, но с высо-
кими требованиями к точности регулирования, являются поплавки,
перемещение которых преобразуется в пневматический или электри-
ческий сигнал. Такие датчики уровня устанавливают на декомпозерах
Рис. 97. Пьезометрический уровнемер для открытых
аппаратов:
1 — дифманометр; 2 — пьезометрическая трубка; 3 —
экранная труба для механической защиты пьезотруб-
ки; 4 — дроссели высокого перепада давления; 5 —
редуктор; 6 — карбонизатор
Селаралюрпый пар
Пульпа О сепаратор второй ступени
Рис. 98. Уровнемер для аппаратов, работающих при атмосферном (й<
и избыточном (б) давлении:
/ — дифманометр; 2 — импульсная линия; 8 — вентиль для периодиче-
ской подкачки воздуха в пневмокарман; 4 — магистраль сжатого воз-
духа; 5 — пневмокарман; 6—воздушное пространство пневмокармаиа;
7 — контролируемая жидкость в аппарате; 8 — конденсационный сосуд
и на гидросмесйтеЛяХ системы .промывки красного шлама (поплавко-
вые пневматические 'регуляторы уровня типа РУГШ1 и РУПФ [86,
170]).
СКВ «Цветметавтоматика» выпускает пьезометрические датчики
типа ДП и ДУ-7, имеющие стандартный пневматический или элект-
рический сигнал и предназначенные для автоматического контроля и
регулирования уровня растворов и .пульп .в открытых емкостях.
С помощью датчиков ДП измеряют уровень от 40 до 6300 мм, а с
помощью датчиков ДУ-7—от 100 до 400 мм (в расчете на плотность
воды).
Для контроля уровня растворов и пульп, склонных к цементации
или кристаллизации, предпочтительней использовать датчики ДУ-7,
так как их .измерительная трубка непрерывно промывается конден-
сатом.
Измерение плотности растворов и пульп
Измерение плотности алюминатных растворов и пульп позволяет
косвенно контролировать постоянство их химического состава. Та-
кой способ контроля наиболее часто применяют на .выпарных бата-
реях для наблюдения за концентрацией щелочи в оборотном раство-
ре и при разбавлении автоклавной пульпы после выщелачивания.
Плотность пульп измеряют также и для контроля соотношения
входящих в их состав твердых и жидких компонентов. При этих из-
мерениях плотность жидкой фазы обычно считается постоянной ве-
личиной, так как химический состав производственных растворов,
как правило, изменяется в сравнительно небольших пределах.
При измерениях плотности растворов и пульп глиноземного про-
изводства наибольшую трудность представляет уменьшение погреш-
ностей измерения плотномеров из-за отложений на их деталях, а
также на стенках аппаратов и трубопроводов осадков, выпадающих
из контролируемых жидкостей.
Из приборов, выпускаемых промышленностью для измерения плот-
ности растворов и пульп, для применения в условиях глиноземного
производства могут быть рекомендованы следующие (табл. 111).
Контроль осветленности растворов
При управлении процессами сгущения красного шлама и гидрат-
ной пульпы необходим непрерывный контроль замутненности сливов
со сгустителей и .промывателей. Для этой цели применяют индикатор
мутности типа ИКМ-480 (СКВ «Цветметавтоматика»),
Работа^ индикатора основана на фотоэлектрическом измерении
оптической плотности контролируемого раствора, протекающего че-
рез кювету с прозрачными стенками. Для уменьшения погрешности
измерения от помутнения стенок кюветы и непостоянства цвета рас-
твора прибор построен по компенсационной схеме. Один раз в 40—
50 ч кюветы следует промывать слабым раствором кислоты.
Шкала прибора проградуирована в относительных единицах.
Нулю „шкалы прибора соответствует абсолютно чистый раствор, без
взвесей, верхнему пределу шкалы — наибольшее возможное содержа-
ние твердой взвеси в растворе: 0,2 г/л —для алюминатных раство-
ров после сгущения (перед контрольной фильтрацией), 2 г/л —для
промывных вод, 20 г/л — для маточного раствора.
Измерители плотности, пригодные для работы в условиях глиноземного производства
Тип плотномера Диапазон из- мерения, г[см- Начальные значения из- меряемой плотности г{см2 Основная пог- решность из- мерения, % Габаритные раз- меры, мм Масса, кг Контролируемая среда Примечание.
Индикатор плотно- сти весовой с фер- родинамическим датчиком ИПВф 1—1,32; 1—1,60; 1—2,0; 1—2,5 1—2,5 Инди- катор 959x355x269 28 Растворы н пульпы в трубо- проводах Температура изме- ряемой среды 5— 50°С, давление 1 кГ/см^, внутрен- нее покрытие про- точной части—ре- зина
Датчик плотности пневматический ДПП-1 0,01—0,05; 0,1—1,0 0,5—2,5 ±2 Не регламентируется Растворы Температура'среды до 100°С, давление среды до ЮхГ/сл2-
Продолжение табл, lit
Тип плотномера Диапазон из- мерения, г[см? Начальные значения из- меряемой плотности г/см* Основная пог- решность из- мерения, % Габаритные раз- меры, мм Масса, кг Контролируемая среда Примечание
Плотномер жидко- сти радиоизотопный IW-5 0,05—1,0 0,3—2,5 ±2 300X410X280; 335 x 460 x 326 76; 130 Растворы и пульпы Величина диапазо- на измерения зави- сит от толщины просвечиваемого слоя
.Датчик плотности весовой АПВ 0,1—1,5 1,0—2,0 ±2,5 800x265x490 60 Растворы и пульпы в трубо- проводах Температура среды до 100°С, давление среды до 1 кГ/см?
Датчик плотности пьезометрический с подливом конденса- та ДПК-1 0—0,05; 0—0,1 ; 0-0,15; 0—0,20; 0—0,25; 0—0,4 1,1-г1,5 ±2 Не регламентируется Кристаллизую- щиеся растворы н пульпы в от- крытых емкос- тях —
Суммарная погрешность индикатора на верхнем делении шкалы
до ±20%. При постоянном гранулометрическом составе твердой
фракции погрешность существенно снижается. Прибор рассчитан на
непрерывную круглосуточную работу при температуре раствора до
90°С, температуре окружающей среды от 10 до 60°С и влажности до
98%.
Сигнализация о превышении заданной концентрации взвеси в
растворе производится с помощью встроенного в прибор контактного
устройства.
Автоматический контроль химического состава растворов
Принцип работы устройств для автоматического анализа концент-
рации щелочи и окиси алюминия в растворах глиноземного произ-
водства зависит от физико-химических особенностей этих раство-
ров [76].
Для автоматического определения состава растворов, получаю-
щихся в процессе переработки нефелинового сырья, пользуются ме-
тодом автоматического объемного титрования. Прекращение анализа
титруемой пробы происходит автоматически при достижении задан-
ной точки эквивалентности, определяемой по величине концентрации
водородных ионов (показателя pH).
Метод автоматического титрования использован в лабораторном
полуавтоматическом анализаторе типа ТЛП-2, позволяющем опреде-
лять концентрации окиси алюминия, каустической и общей щелочи с
погрешностью, составляющей ±4% [77]. Использование прибора
ТЛП-2 для лабораторного экспресс-апализа дает возможность сокра-
тить время анализа и повысить производительность труда примерно
в два раза.
Автоматический анализ алюминатных растворов, образующихся
при гидрохимическом способе переработки боксита на глинозем, ос-
нован на одновременном измерении некоторых косвенных парамет-
ров (удельной электропроводности и скорости ультразвука), харак-
теризующих анализируемый раствор, и последующем автоматическом
' вычислении концентрации А12О3 и Na2O по предварительно снятым
экспериментальным зависимостям этих параметров от концентрации
компонентов раствора.
Установка для автоматического анализа алюминатного раствора
(СКВ «Цветметавтоматика») состоит из бесконтактного низкочастот-
ного кондуктометра, измерителя скорости ультразвука, нормирующих
преобразователей, преобразующих сигналы датчиков в унифициро-
ванный сигнал постоянного тока, и счетно-решающей схемы, автома-
тически вычисляющей по значениям удельной электропроводности и
скорости ультразвука величины концентраций А120з, Na2O и каусти-
ческого модуля анализируемого раствора. Результаты измерений
регистрируются вторичным самопишущим прибором.
Показания анализаторов зависят от содержания примесей в алю-
минатных растворах, поэтому требуется, индивидуальная настройка
установки применительно к особенностям алюминатных растворов ма
различных заводах. Максимальная погрешность измерения не превы-
шает по концентрации Na2OK и Л12Оз 3-г- г/л, по модулю 0,05.
Для непрерывного автоматического измерения малых концентра-
ций щелочи (до 50 г/л), например в продукционной пульпе, отваль-
ном шламе, промводах н в фильтрате после промывки гидроокиси
алюминия, применяется разработанный и изготовляемый Запорож-
296
ским филиалом ОКБ «Цветметавтоматика» прибор ИЩП-1, основан-
чый на измерении удельной электропроводности раствора.
Прибор имеет одну из следующих шкальных характеристик:
0,5 — 3; 1-6; 5—10; 10 — 30; 35 — 50 г/л NaOH.
Погрешность измерения на однокомпонентных растворах состав-
ляет ±1%, а на алюминатном растворе ±3%.
Прибор применяется со специальным отборным устройством, со-
держащим капроновый или керамический фильтр.
Для автоматической сигнализации предельно допустимой кон-
центрации щелочи в конденсате выпарной батареи применяется элек-
тронный сигнализатор защелоченности конденсата типа ЩСК-1
(Институт автоматики, г. Киев).
Сигнализатор имеет датчик электропроводности, устанавливае-
мый в трубопроводе конденсата. Прибор обеспечивает звуковую или
световую сигнализацию о предельно допустимой концентрации ще-
лочи в конденсате. Диапазон возможных установок предельных зна-
чений 15—40 мг!л NaOH.
2. Элементы и схемы автоматического регулирования
Наиболее употребительные схемы регуляторов и исполнительных
механизмов
Для автоматизации процессов глиноземного производства приме-
няются электрические и пневматические регуляторы и исполнитель-
ные механизмы.
При построении систем управления на электрической аппаратуре
применяются бесконтактные электронные регулирующие приборы
серии РПИБ, краткие технические характеристики которых приведе-
ны в табл. 112 [171].
Таблица 112
Электронные регулирующие приборы типа РПИБ
Условное наименование прибора Вид подключаемых датчиков Максимальное число под- ключаемых датчиков
РПИБ-Ш РПИБ-IV РПИБ-Т РПИБ-Т2 РПИБ-С РПИБ-2С Индукционный дифференциаль- но-трансформаторный, реостат- ный, ферродинамический То же Термопара Индукционный, дифференциаль- но-трансформаторный, реостат- ный, ферродинамический, тер- мопара Термометр сопротивления То же 3 4 3 По переменному току 2; по постоянному то- ку 1 1 2
Основные данные наиболее часто применяемых электрических ис-
полнительных механизмов пздвецены в табл. 113. При работе совме-
стно с бесконтактными регуляторами исполнительные механизмы
должны включаться через промежуточные магнитные усилите-
Технические характеристики электрических исполнительных
.механизмов
Наименование механизма Номинальный мо- мент на выходном валу, кем Время одного обо- рота выходного вала, сек Угол поворота (град.) или коли- чество оборотов выходного вала* Напряжение пи- тания, в Потребляемая 1 3 а £ j о 33 о £ Примечание
МЭВ-4 МЭВ-10 МЭМ-25/2,5 МЭК-10К МЭК-10Б МЭК-25К/40 МЭК-25Б/120 МЭК-25К/120 МЭК-63 МЭО-1,6/40 МЭО-4/ЮО МЭО-25/100 МЭО-63/ЮО МЭО-63/250 ИМ-2/120 4 10 25 10 10 25 25 25 63 1,6 4 25 63 63 2 1; 2,5; 6,3 1; 2,5; 6,3 2,5 120; 360 120; 1 360 40 120 120 40; 100 40 100 100 100 250 120 10; 25; 63; 160 10; 25; 63; 160 10; 25; 63; 160 0—90; 0—270 0—90; 95—335 0-90; 0—270 0-90; 95—335 0—90; 0—270 0—90; 0—270 0—240 0—240 0—240 0—240 0-240 0—120 220/380 220/380 220/380 127 220 220/380 НО 127/220 220/380 220 220 220 220 220 220 400 600 200 180 200 180 200 180 120 250 250 26 Для контакт- ных систем регулирова- НИЯ То же Для контакт- ных систем регулирова- ния Механизмы типа МЭО ре- комендуют- ся к предпоч- тительному применению Снят с про- изводства
ИМТ-4/2,5 РМ РМБ РБ 4 25 25 100 2,5 30 15 30 0—360 0—90 0—90 0—90 220/380 220/380 220/380 220/380 400 2701 270 400 Применяется совместно с колонками КДУ-1, КДУ-1/П; КДУ-П/П
» Для механизмов МЭВ-4, МЭВ-10 и МЭМ-251-2,5 указано количество пол-
них оборотов выходного вала.
В двухкаскадных системах автоматического регулирования (на-
пример, в системе автоматического регулирования температурного
режима автоклавных батарей) используется импульсный корректиру-
ющий регулятор ИКР-Ш-М [75]. Регулятор изменяет задание перво-
му каскаду регулирования импульсами, интервал между которыми
задается в диапазоне от 1 до 40 мин. Датчиком регулятора служит
реостатный датчик вторичного прибора, измеряющего регулируемую
величину. Регулятор снабжен дбегающей схемой, позволяющей ис-
пользовать его для поочередного изменения задания трем регуля-
торам в зависимости от изменений трех регулируемых величин.
Специфичен для глиноземного производства игольчатый регулиру-
ющий вентиль, устанавливаемый на сепараторах автоклавных бата-
рей (рис. 99). Игольчатый вентиль сепаратора I ступени использует-
Рис. 99, Игольчатый регулирующий вентиль сепа-
оаторов автоклавных батарей:
1 — корпус сепаратора; 2 — седло; 3 — сменная
игла; 4— шток с ходовым винтом; 5 — сальник;
6 — защитная труба; 7 — штурвал (электрический
исполнительный механизм присоединяете^ к
штурвалу специальным захватом с шарниром
Гука)
ся для регулирования давления в батарее, а сепаратора II ступени-"-
для .регулирования уровня пульпы (или раствора) в сепараторе
I ступени. Вентили снабжены многооборотными электрическими ис-
полнительными механизмами.
Кампания игольчатого вентиля на автоклавных батареях выщела-
чивания— 10—12 дней, после чего в вентиле заменяют иглу, седла
и защитную трубу.
Пневматические системы .регулирования строятся на основе при-
боров, входящих в систему «Старт». Исполнительными механизмами
служат рычажные мембранные пневмоприводы, поршневые приводы
и регулирующие клапаны с пневмоприводом [171].
Для управления потоками пульп в системах автоматического ре-
гулирования применяют поворотные заслонки и пневматические ре-
гулирующие клапаны.
Перспективны для глиноземного производства шланговые мемб-
ранные клапаны типа КРШ.
Регулирование расхода с помощью шлангового клапана осущест-
вляется путем изменения площади проходного сечения эластичного
патрубка при его пережиме. По сравнению с обычными регулирую-
щими клапанами клапан шлангового типа имеет ряд преимуществ:
отсутствуют места застоя продукта, так как конструкция клапана
прямоточна, с весьма малым гидравлическим сопротивлением; дрос-
сельная часть клапана полностью герметична ввиду отсутствия
сальника, возможна быстрая и удобная замена пережимного патруб-
ка. Основные технические данные клапанов представлены .в табл. 114.
Таблица 114
Техническая характеристика шланговых регулирующих клапанов
Тип клапана* Условный проход D , мм У Условное давление Р , У кГ/см2 Вес, кг
КРШ-14-5—6-1Б-ВЗ-10 (11) 15 25
КРШ-14-5—6-20-ВЗ-10 (11) 20 27
КРШ-14-5—6-25-ВЗ-10 (11) 25 28
КРШ-14-5—6-32-B3-10 (11) 32 29
КРШ-14-5—6-40-ВЗ-10 (11) 40 41
КРШ-14-5—6-50-ВЗ-10 (11) 50 45
КРШ-14-5—4-70-ВЗ-10 (11) 70 1 4 69
КРШ-14-5—4-80-ВЗ-10 (11) 80 / 4 80
КРШ-1 4- 5-2,5-100-ВЗ-10 (11) 100 88
КРШ-14- 5-2,5-125-ВЗ-10(11) 125 О к 142
КРШ-14-5—2,5-150-ВЗ-10 (11) 150 158
КРШ-14- 5—2,5-200-ВЗ-10(11) 200 194
* В условном обозначении (шифре) регулирующего шлангового клапана
цифры—(1 ~5) указывают наименование группы материала пережимного пат-
рубка, а последние цифры—10(11) опррделяют комплектацию мембранного
исполнительного механизма: с позиционером — 10, с позиционером и боковым
ручным дублером — И.
Особенности построения систем автоматического регулирования
в глиноземном производстве
Наряду с общепромышленными типовыми системами автомати-
ческого регулирования (такими, как системы автоматического регу-
лирования давления пара и воздуха, температуры и расхода топли-
ва) в глиноземном производстве применяется ряд специализирован-
ных систем управления, разработанных с учетом специфических
особенностей процессов и аппаратов пиро- и гидрометаллургических
переделов (48, 75]. К таким особенностям следует в первую очередь
отнести малые скорости протекания большинства процессов; большие
емкости аппаратов; зависимость динамических параметров объектов
управления от изменений потоков и технологических режимов; слож-
ность (а в ряде случаев и невозможность) автоматического контроля
многих важных параметров, характеризующих ход технологических
процессов (например, качество опека на выходе печей спекания,
дисперсный состав твердой фазы пульп на выходе мельниц мокрого
размола).
В тех случаях, когда контроль основного выходного параметра
затруднен или невозможен (например, при управлении вращающи-
мися печами спекания), в системах автоматического управления пре-
дусматривается стабилизация потоков и качества всех основных
видов сырья и энергии с ручной или полуавтоматической коррекцией
задания каждому из локальных стабилизирующих 'регуляторов.
Иногда в качестве корректирующего импульса в таких системах ис-
пользуются результаты автоматического контроля некоторых косвен-
ных показателей, характеризующих качество выходного продукта.
Примером системы управления с коррекцией по косвенному показа-
телю может служить система автоматизации процесса мокрого раз-
мола в трубчатых мельницах.
Для управления сложными процессами, протекающими в батареях
нескольких последовательно соединенных аппаратов, применяются
•системы с искусственным расчленением управляемого процесса на
контуры регулирования, каждый из которых охватывает часть аппа-
ратов. Так, в системе регулирования концентрации оборотного ра-
створа на выходе многокорпусной выпарной батареи смешанного
тока (75] регулятор, управляющий потоком средних щелоков в
корпус заключительного упаривания, стабилизирует температурную
депрессию крепкого раствора. Регулятор, управляющий потоком сла-
бого раствора, стабилизирует режим упаривания до средней концен-
трации по контролируемому уровню в баке средних щелоков.
В целях достижения .высокой точности и устойчивости систем
автоматизации автоматическое управление процессами в некоторых
случаях ведется с помощью комбинированных и двухкаскадных си-
стем регулирования. В этих системах первый каскад стабилизирует
основные возмущающие факторы «а входе объекта регулирования
(расходы перерабатываемых пульп и растворов, расход энергии, тем-
пературу и давление контролируемых сред) .или .поддерживает опре-
деленное соотношение этих величин. Второй каскад, получающий
импульсы непосредственно от регулируемой величины на выходе
объекта, изменяет задание первому каскаду регулирования, если ра-
бота первого каскада не обеспечивает стабилизации регулируемой
величины.
Примером такой двухкаскадной системы является система авто-
матического регулирования температурного режима автоклавной ба-
тареи выщелачивания или обескремнивания [75], сост^^^ющ^,.^
вместе с регуляторами давления в батарее и уровня в спетагоре I
I ступени и 'системой автоматического контроля и блокировки схему
комплексной автоматизации автоклавного процесса.
'Ручное управление некоторыми новыми высокопроизводительны-
ми процессами и аппаратами, внедряемыми в глиноземное произ-
водство, невозможно, так как для этого необходимо поддерживать
с высокой точностью постоянство быстро меняющихся параметров.
Устройства и системы автоматики становятся неотъемлемыми частями
таких аппаратов, поскольку без автоматизации нельзя эффективно
безаварийно вести технологический процесс.
Примером такого процесса является непрерывное выкручивание
алюминатного раствора в батареях декомпозеров с аэролифтным
перекачиванием пульпы из предыдущих аппаратов в последующие.
Поддержание заданного технологического режима батареи деком-
позеров осуществляется с помощью схемы автоматизации, состоящей
из системы автоматического регулирования уровней пульпы в деком-
позерах и температуры раствора в скруббере, а также схемы аварий-
ной сигнализации о превышении допустимого уровня пульпы в де-
композерах и резком падении давления воздуха [75].
Структура систем автоматического управления основными техно-
логическими процессами глиноземного производства кратко описана
в табл. Iil6.
Автоматизированные системы управления технологическими
процессами с использованием средств вычислительной техники
Создание автоматизированных систем управления технологиче-
скими процессами (АСУТП) с использованием средств вычислитель-
ной техники является новым этапом развития автоматизации глино-
земного производства. Для этого этапа характерны не только авто-
матическая стабилизация однажды выбранных технологических ре-
жимов, но и отыскание оптимальных условий и расчет необходимых
изменений режима всего производства при возникновении каких-
либо нарушений процесса в одном из его звеньев.
’В промышленности применяется двухступенчатая иерархия
АСУТП. Первая ступень — местные (локальные) системы автомати-
ческого регулирования и блокировки, находящиеся в непосредствен-
ной близости к управляемым технологическим и энергетическим агре-
гатам; вторая ступень — управляющая вычислительная машина
(УВ1М), которая рассчитывает задания местным системам регулиро-
вания, выдает команды на переключение насосов, запорной армату-
ры, транспортных линий, регистрирует важнейшие технологические
параметры и подает сигналы об их отклонении от заданных значе-
ний, а также производит оперативный расчет некоторых технико-
экономических показателей, необходимых для корректировки потока
я заданий местным системам.
Например, в АСУТП приготовления известняково-нефелиновой
шихты локальные системы автоматического регулирования стабили-
зируют потоки нефелина, промводы и известняковой пульпы, подава-
емые в репульпатор. Задания местным регуляторам передаются с
выхода УВМ, которая, решая уравнения балансов узла репульпации
ГО
П
S
ч
Структура типовых систем автоматического управления основными технологическими
процессами глиноземного производства
со <? Продолжение табл. 115
Автоматически управляемый технологический процесс или аг- регат Наименование отдель- ных систем, входящих в состав системы автоматического управления Контролируемые параметры Регулирующее или управляющее воздействия Регулирующий орган Примечание
Приготовление известняково- нефелиновой шихты САР подачи извест- няка в каждую мельницу, САР соотношения расходов известня- ка и промводы на каждую мельницу I стадии с коррек- цией по плотности пульпы после мель- ницы САР уровня пульпы в репульпаторе САР плотности пульпы после ре- пульпатора с кор- рекцией по расходу известняковой пульпы Расходы извест- няка и промво- ды, плотность пульпы Уровень пульпы Плотность (или вязкость) пуль- пы после репуль- патора, расход известняковой пульпы, подава- емой в репуль- патор Изменение подачи промводы в мель- ницу Изменение подачи известняковой пульпы в репульпа- тор Изменение подачи нефелина в репуль- патор Регулирующая за- слонка на трубо- проводе промводы Задвижка на линии подачи пульпы в репульпатор Нож тарельчатого питателя Регулирование двухпозиционное
Продолжение табл. 115
Автоматически управляемый технологический процесс или аг- регат •Наименование отдель- ных систем, входящих в состав системы автоматического управления Контролируемые параметры Регулирующее или управляющее воздействия Регулирующий орган Примечание
САР расхода из- вестняково-нефели- новой пульпы на мельницу домола САР расхода воз- духа на перемеши- вание пульпы в кор- рекционном бассей- не Расход извест- няково-нефели- новой пульпы Расход воздуха Изменение подачи известняково-нефе- линовой пульпы нз репульпатора в мельницу домола Изменение расхода воздуха • Заслонка на трубо- проводе известня- ково-нефелиновой пульпы Клапан на возду- ховоде Перспективна кор- рекция по уровню пульпы в бассейне
Автоклавные процессы (вы- щелачивание боксита и обес- кремнивание алюминатного раствора) СО о СП САР температуры пульпы в третьем (первом реакцион- ном) автоклаве (САР соотношения расходов пара и пульпы и темпера- туры после подо- гревателей с кор- рекцией по темпе- ратуре в III авто- клаве) Расходы пара и пульпы иа бата- рею, температу- ра пульпы пос- ле подогревате- лей, температу- ра в III автокла- ве Изменение расхода пара на батарею Регулирующая за- слонка иа паропро- воде
Автоматически управляемый технологический процесс или аг- регат Наименование отдель- ных систем, входящих в состав системы автоматического управления Контролируемые параметры Регулирующее или управляющее воздействия Регулирующий орган Примечание
САР давления пуль- пы в последнем ав- токлаве Давление пуль- пы Изменение гидрав- лического сопро- тивления батареи Игольчатый регу- лирующий вентиль сепаратора I сту- —
САР уровня пуль- пы в сепараторе САБ поршневых на- сосов Уровень пульпы Изменение выгруз- ки пульпы из сепа- ратора Игольчатый регу- лирующий вентиль и а входе в сепа- ратор следующей ступени —
Сгущение и про- мывка шлама САР плотности сгу- щенной пульпы из-под конуса ап- паратов Дорра САР плотности раз- бавленной пульпы САР температуры горячей воды, на- правляемой на про- мывку шлама Плотность пуль- пы Плотность пуль- пы Температура во- ды Изменение выгруз- ки пульпы из-под конуса сгустителя Изменение подачи промводы на раз- бавление Изменение подачи холодной воды в подогреватели Регулирующий дроссель на трубо- проводе из-под ко- нуса сгустителя Регулирующая за- слонка на трубо- проводе промводы Регулирующая за- слонка на трубо- проводе холодной воды —
Продолжение табл. 115
Автоматически управляемый технологический Процесс или аг- регат Наименование отдель» ных систем, входящих в состав системы автоматического управления Контролируемые параметры Регулирующее или управляющее воздействия Регулирующий орган Примечание
Фильтрация алюминатного раствора Программное уп- равление рабочим циклом загрузки и перезарядки фильт- ров типа ЛВ — — — —
Выкручивание алюминатных растворов в ба- тареях деком- позеров и пере- работка гидрат- ной пульпы САР уровня пуль- пы в декомпозере САР температуры пульпы после скрубберов-охлади- телей САР соотношения потоков алюминат- ного раствора и затравочной пуль- пы с пересчетом на сухую затравку (ав- томатическая дози- Уровень пульпы Температура пульпы Расходы алюми- натного раство- ра и затравоч- ной пульпы, плотность затра- вочной пульпы Изменение расхода воздуха в транс- портные аэролифты Изменение расхода охлаждающего воз- духа в скруббер Изменение расхода затравочной пульпы Пневмоклапаны на воздухопроводах Шибер и а воздухо- проводе Регулирующая за- слонка (или шлан- говый дроссель) на трубопроводе за- травочной пульпы Перспективна кор- рекция дозировки по составу алю- минатного раствора
ровка затравки) САР плотности гид- ратной пульпы из-под конусов ап- паратов Дорра и гидросепараторов Плотность гид- ратной пульпы Изменение выгруз- ки пульпы из-под конуса аппарата Регулирующий дроссель на трубо- проводе разгрузки аппарата
w
Автоматически управляемый технологический процесс или аг- регат Наименование отдель- ных систем, входящих в состав системы автоматического управления Контролируемые параметры Регулирующее или управляющее воздействия Регулирующий орган Примечание
САР производи- тельности барабан- ных вакуум-фильт- ров гидрата Уровень пульпы в корыте филь- тра Изменение скоро- сти вращения ба- рабана фильтра Привод переменной скорости барабана фильтра Перспективно ис- пользование асин- хронных муфт скольжения для управления ско- ростью вращения барабана
Карбонизация алюминатного раствора САР соотношения расходов алюминат- ного раствора и га- за с коррекцией по концентрации СО2 в газе САР соотношения расходов алюминат- ного раствора и затравки САР уровня пуль- пы в карбонизаторе Расходы алюми- натного раство- ра и газа, со- держание СО2 в газе Расходы алюми-* иатного раство- ра ич затравоч- ной 4 пульпы,, плотность затра- вочной пульпы Уровень пульпы Изменение подачи топочного газа Изменение расхода затравочной пуль- пы Изменение расхода воздуха в транс- портные аэролифты Регулирующий кла- пан на газопроводе Регулирующая за- слонка (или шла- мовый дроссель) на трубопроводе за- травочной пульпы Пневмоклапаны на воздухопроводах —
309
Продолжение табл. 115
Автоматически управляемый технологический процесс или аг- регат Наименование отдель- ных систем, входящих в состав системы автоматического управления Контролируемые параметры Регулирующее или управляющее воздействия Регулирующий орган Примечание
Упаривание алюминатных растворов в мно- гокорпусных вы- парных батареях САР концентрации упаренного раство- ра САР давления в последнем корпусе выпарной батареи САБ арматуры и насосов, переклю- чающих поток кон- денсата в зависи- мости от его заще- лоченности Температурная депрессия (или плотность) рас- твора Температура от- ходящей баром- воды Изменение расхода средних (для бата- рей смешанного то- ка) или слабых (для противоточных батарей) щелоков Изменение расхода охлаждающей воды, подаваемой в ба- ромконденсатор Регулирующий кла- пан на трубопрово- де раствора Регулирующий кла- пан на водопроводе —
Кальцинация глинозема во вращающихся печах САР температуры отходящих газов САР расхода мазу- та Температура от- ходящих газов Расход мазута Изменение подачи гидрата в печь Изменение гидрав- лического сопро- тивления мазуто- провода Нож пластинчатого питателя Клапан на мазуто- проводе При достаточном запасе мощности дымососов пер- спективна стаби- лизация темпера- туры в зоне каль- цинации воздейст- вием на подачу
CO
3 Автоматически управляемый технологический процесс или аг- регат Наименование отдель- ных систем, входящих в состав системы автоматического управления Контролируемые параметры Регулирующее или управляющее воздействия Регулирующий орган Примечание
САР температуры мазута САР давления ма- зута в магистрали САБ пневмотранс- портом глинозема Температура ма- зута Давление мазу- та Изменение пара иа мазута Изменение лического тивления расхода подогрев гидрав- сопро- Клапан проводе Клапан страли на на паро- маги- мазута при одно- временной стабили- зации расхода гид- рата в печь и раз- режения в холод- ной головке печи
Спекание шихты воД вращающих- ся печах САР расхода пуль- пы, подаваемой в печь САР расхода мазу- та САР температуры мазута Расход пульпы Расход мазута Температура ма- зута Изменение лического тивления провода Изменение лического тивления провода Изменение пара иа мазута Изменение лического тивления / гидрав- сопро- пульпо- » гидрав- сопро- мазуто- расхода подогрев Шланговый дрос- сель на пульпопро- воде Клапан на мазуто- проводе Клапан на паропро- воде —
САР давления ма- зута в магистрали САБ печи, холо- дильника, дымосо- са, дробилки спека и транспортных линий Давление мазу- та гидрав- сопро- Клапан страли на маги-
ьЬ---------------в|—----------4. ........
4 Таблица 116
Основные технические характеристики УВМ
Техническая характеристика Типы УВМ
УН-1-НХП УМ-1 Днепр Комплекс ДиепР-2 (Диепр-21) Днепр-22) АСВТ
М-1000 М-2000
Форма представления чи- С фиксиро- С фиксиро- С запятой, фиксирован- ной перед старшим разрядом С фиксиро- С фиксирован- С фиксирован-
сел ванной запятой' ванной запятой ванной и плавающей запятой ной запятой ной и плаваю- щей запятой
Разрядность чисел (слов) в двоичной системе 15 22 26 Переменная с дискрет- ностью 8 раз- рядов до 64 16 и 32 16; 32; 64
Быстродействие (число ' операций типа [сложения 5000 900 30000 20000 20000 60000
секунду) . Емкость оперативного за- 256 4096 4096 32768 32768 56000
доминающего устройства 15-разрядиых 22-разрядных 24-разрядных 42-разрядных 16-разрядных 32-разрядных
слов СЛОВ слов слов СЛОВ слов
Емкость постоянного за- поминающего устройства to 1— 512 15-разрядных слов, 2048 20-разрядных слов 6144 22-разрядных слов 3072 26-разрядных слов 32768 42-разрядных слов 1
по влаге, СаО и SiO2 с учетам периодически вводимых в машину
данных о химическом составе нефелина, промводы и известняковой
пульпы, вычисляет требуемые потоки этих веществ так, чтобы под-
держивать постоянными содержание влаги в получаемой шихте и
отношение концентраций СаО и SiO2 в ней (известняковый модуль
шихты).
Серийно выпускаются несколько типов УВМ общепромышленного
назначения. Их технические характеристики приведены в табл. '117.
Источником информации для УВМ служат датчики аналоговых
(термопары, термометры сопротивления, преобразователи электриче-
ских пневматических непрерывных сигналов и т. п.), позиционных
(дискретные устройства — реле), число-импульсных (контактные и
бесконтактные датчики количества и расходов) и частотных сигналов
и [устройства цифрового ручного ввода, а также перфокарты, перфо-
ленты, магнитные ленты.
Вывод информации осуществляется в виде команд (сигналов),
поступающих в локальные устройства автоматики (например, пнев-
матический или электрический сигнал на исполнительный механизм),
в виде алфавитно-цифровой печати или в виде записи на перфоленту
и перфокарты.
(Вся вводимая в УВМ информация хранится в оперативном (ОЗУ)
и постоянном (ПЗУ) запоминающих устройствах. ОЗУ используется
для хранения переменной информации, ПЗУ — для хранения кон-
стант и программ вычислений.
При проектировании АСУТП для выбора типа УВМ требуемые
характеристики машины вычисляют, исходя из алгоритма управления
конкретным технологическим объектом, числа подлежащих контролю
параметров и необходимой частоты <их дискретного контроля, опре-
деляемой по результатам специальных экспериментальных работ
Л ИТЕРАТУРА
1. Аракелян О. И., Чистякова А. А. Цветные металлы, № 6, 1959,
с. 67.
2. Строков Ф. Н. и др. Труды ГИПХа, вып. 32, 1940, с. 15.
3. Бе тех тин А. Г. Курс минералогии. Госгеолиздат. 1956, с. 488.
4. Brownmiller L. Amer. Journ. of sci., 1936, v. 22, p. 230.
5. Чиркин В. С. Теплофизические свойства материалов. Физматгиз, 1959,
с 330
6. Brill R.. Z. Krictallogr., 1932, v. 83, р. 393.
7. .Компанией М. Ф. Кристалл септический анализ в- алюминиевом про-
изводстве. Металлургиздат, 1959, с. 126—11218.
8. Белянкин Д. С. и др. Физико-химические системы силикатной тех-
нологии. Промстройиздат, 1954, с. 78, 123, 124, 162, 89, 291—292.
9. Лайнер А. И. Производство глинозема. Металлургиздат, 1961.
10. Э р в и н Г., Осборн Э. Экспериментальные исследования в области
петрографии и рудообразования. ИЛ., 1954, с. 51—69.
П. Бернштейн В. А., М а ц е н о к Е. А. ЖПХ, 1961, т. 5, с. 982—986.
12. Russell A. a. u. J. Metals, 1955, v. VII, № 10, р. 1123.
13. Ци р л ин а С. М. Легкие металлы, 1936, № 7, с. 28.
14. Дружинина Н. К. Цветные металлы, 1955, № 1, с. 54—55.
Ж Мазель В. А. Производство глинозема. Металлургиздат, 1955.
16. Швар ц мйн Б. X., Волкова Н. С. ЖПХ, 1961, т. XXXIV, № 7,
с I49Q___|5о,|
17. Шварцман Б. X. ЖПХ, 1960, т. V, с. 1048—1051.
18. П е р е л ь м а н Б. И. Краткий справочник химика. Госхимиздат, 1955,
с. 337, 364, 368, 366, 349, 351, 352.
19. В ы др е в нч Е. 3., Зайцева М. А. Цветные металлы, 1961, № 6,
с. 55—58.
20. Торопов П. А., Аракелян О. И. Цветные металлы, 1958, №9,
с. 48.
21. Б е р л ь-Л у н г е. Справочник по основной химической промышленности,
ч. I, 1037, с. 336—339.
22. К У з н е ц о в С. И. Производство глинозема. Металлургиздат, 1956,
с. 13—15, 24, 25, 92, 105—>1112.
23. Kerr Е. С. а. о. J. Am. Chem. Soc., 1950, v. 72, № 10, р. 4740—4742.
24. Schomate С. Н., Naylor Б. J. Am. Chem. Soc., 1945, v. 67. №1,
р. 72—75.
25. G 1 п п 1 ng s D. С., F[u rukawaG. T., J. Am. Chern. Soc., 1953, v. 75,
№ 3. p. 522—529.
26. P о д и г и и а Э. H., Гомельский К. 3. ЖФХ, 1955, т. XXIX, № 6.
с. .1105—111 12.
27. К и р и л л н и Б. А. и др. Инженерно-физический журнал, 1961. № 2,
с. 3—16.
28. Schomate С. Н., С о'о к е О. A. J. Am. Chem. Soc. 1946. v. 68; № 11,
«р. 2140—2142.
29. Roth W. a. u.'Z. Elektrkchem., 1942, v. 48, № 5, p- 64,
30. Кар апетья'нц М. X. Химическая термодинамика. Госхимиздат, 195^,
с. i562__573 246 212.
31» Schneider A., GattowJ. Z. Anorg. Chem., 1954, v. 277, p. 41—48.
32. War t enber g H. Z. Anorg. Chem. 1952, v. 269, p. 76.
33. Справочник металлурга по цветным металлам, т. I. Металлургиздат, 1953,
с. 741, 744, 751.
‘3 4. Бабушкин В. 11., М ч ед л ив - П ет рос ян О. П. ЖПХ, 1959, № 1,
с. 46—50.
35. Касаткин А. Г., П л а н о в с к и й А. Н. Процессы >и аппараты про-
мышленности органического синтеза, ГОНТИ, 1939, с. 474, 472—473.
36. Г и н з б у р г Д. М. ЖФХ, 1959, т. XXX Ш, № 5, с. 1087—1090.
37. Л н л е е в И. С. Химия и технология окиси алюминия, ч. I, Изд. Ленин-
градского химико-технологического института им. Ленсовета, 1940, с. 34—
35, 48, 75—77, 72.
38. Справочник физико-химических величин. Техническая энциклопедия,
ОГИЗ РСФСР, 1931, т. 6, с. 73.
39. Мааойлов К. Е., Б е н г л я н ц А. А. Труды ВАМИ. Металлургиздат,
1940, № 20, с. 6.
40. Шварцман Б. X., Волкова Н. С. ЖПХ, 1961, т. XXXIV, № 12,
с. 2633-42649.
41. М а з е л ь В. А. Труды ВАМИ. Металлургиздат, 1957, № 39, с. 21—23,
1116—128.
42. Цы м б а л Ф. И. Труды ВАМИ. Металлургиздат, 1945, № 28, с. 4.
43. Бергер А. С. Из®. СО АН СССР, Новосибирск, 1961, с. 10—13.
44. Лейтейзен М. Г. Легкие металлы, 1936, № 10, с. 36—40.
45. Н и Л. П. и др. Ж(ПХ, 1962, т. XXXV, № 5, с. 944—961.
46. М а л ы ш е в М. Ф. Труды ВАМИ, 1960, № 44, с. 47—57.
47. 3 а с л а в с к и й А. И. ич др. Труды ГИПХа, 1936, № 28, с. 184—198.
48. Б е л я е в И. И. Контроль и автоматизация производства глинозема и
алюминия. Изд-во «Металлургия», 1967.
49. FuldaW., Ginsberg Н. Tonerde u. Aluminium, 1951, Bd 1, Berllln
S. 30.
50. Выдр ев ич E. 3., Гельпе-рин E. Л. ЖПХ, 1961, т. XXXIV, №9,
с. 1971—1972.
51. М азе ль В. А., Аракелян О. И. Труды ВАМИ, 1962, № 48, с. 7—22.
52. В ы д р е в и ч Е. 3. ЖПХ, 1962, т. XXXV, № 2, с. 285—290.
53. Смирнов М. Н. ЖПХ, 1959, т. XXXII, № 5, с. 1192—1198.
54. Ш в а .р ц м а н Б. X., Волкова Н. С. ЖПХ, 1962, т. XXXV, № 4,
с. 906—908.
55. Л е й т е й з е н М. Г., К о н т о р о в н ч М. Н. Цветные металлы, 1961,
№ 12, с. 60—54»
56. Аракелян О. И. Химия и практическое применение силикатов.
Центральное бюро техннформацни. Л., 1960, с. 64.
57. Аракелян О. И. Легкие металлы. Изд. Гипроалюмнния, Л., 1957, № 3,
с 54_____5д
58. Белецкий М. С. и др. Труды ВАМИ, 1960, № 46, с. 34—39.
59. А р а к е л я н О. И. Труды Шестого совещания по экспериментальной н
технической минералогии н петрографии. Изд-во АН СССР, 1958, с. 485—
492.
60. К У к о л е в Г. В. Химия кремния и физическая химия силикатов. Пром-
стройиздат, 1951, с. 267, 275, 387—389.
61. Green К. Т., Bogue R. Н. J. Res. Nat. Bur. Stand., 1946, v. 36, №21,
p. 185.
62. FrickeR., Wullhorst B. Z. Elektrochem., 1942, v. 48, № 5, p. 264
63. Чеховский В. Я- Инженерно-физический журнал, 1962, т. V, № 8,
с. 62—66.
64. В е н е с л а в с к и й С. И. ДАН ССОР, 1962, т. 144, №1, с. 216—218.
65. Михайлов В. В. и др. Вестник АН Каз. ССР, 1061, №7, с. 37—43.
66. Ляпунов А. Н. и др. Цветные металлы, 1964, №3, с. 48—-51.
67. Fricke R., J u с a i t i s Р. Z. Anorg. Chem., 1930, v. 191, p. 129.
68. Ляпунов A. H., Холмогорцева E. П. ЖПХ, 1957, т. XXX,
,c 1535___4542
69. Выдре в ич E. 3. ЖПХ, 1962, т. XXXV, № 12, c. 2612—2620.
-70. В ыдревич E. 3. ЖПХ, 11963, т. XXXVI, № 1, с. 48—55.
71. Аракелян О. И. и др. Цветные металлы, 1962, №8, с. 54—56.
72. Дружинина Н. К Труды ВАМИ. Металлургиздат, 1957, № 39, С. 62.
73. Сб. «Современный уровень техники и производства алюминия в капита-
листических странах», ЦИИН ЦМ, 1960.
74. Монтвнд А. Э. Многокамерные сгустители в производстве глинозе-
ма. Металлургиздат, 1952.
75. Сб. «Опыт автоматизации производственных процессов на заводах алю-
миниевой промышленности СССР», ЦИИН ЦМ, ч. I н II, 4962.
76. Автоматизация анализа состава вещества в химических производствах,
под рсд. Р. Б. Попова. Институт технической информации, Киев, 1964.
77. Сборник материалов по автоматизации и диспетчеризации производствен-
ных процессов, вып. 12. «Цветмети«формация». 1966.
78. Gerr man L., S t ip е t i s c h 1. Z. Anorg. Chern., 1950, v. 262, p. 258.
79. П а з у хин В. А. Металлургия цветных металлов. Сб. научных трудов
МИЦМиЗ. Металлургиздат, № 22, 1952, с. 159.
80. К е n n е d у G. Am. J. Sci., 1959, v. 257, р. 8.
81 Антипов-Каратаев И. Н„ Рюб П. Я- Проблемы советского поч-
воведения, 1936, № 2.
82. Бенеславский С. И. Труды ВАМИ, 1962, № 49, с. 5—20.
83. Лекции технического директора французской фирмы Пешинэ инж. Гро-
ле о современном состоянии техники производства алюминия во Фран-
ции, ЦНИИ ЦМ, 1963, с. 58—61.
84. Д и б р о в И. А. и др. ЖПХ, 1953, т. XXXVI, № 6, с. 1250.
85. Орлов С. П., Авдеев Б. А. Весовое оборудование предприятий.
Ма-шгиз, 119612.
86. Автоматические, приборы и регуляторы. Справочные 'материалы, под
ред. Б. Д. Кошар скеге. Изд-во «Машиностроение», U964.
87. Л е в и н М. В. Сб. «Автоклавные процессы в цветной металлургии».
Цвет мети чформация, 1966.
88. .С и н е л ь н и к о в а В. С. и др. Алюминиды. Киев, «Наукова думка»,
1965, с. 168.
89. Справочник физических, химических и технологических величин. Техни-
ческая энциклопедия. ОГИЗ РСФСР, 1929, т. III, с. 234.
90. К У з н е ц о в С. И., Дерев янкин В. А. Физическая химия процесса
производства глинозема по способу Байера. Металлургиздат, 1964,
с. 53—60.
91. Чижиков Д. М. и др. Химия н технология глинозема. Труды Всесо-
юзного совещания в г. Ереване в сентябре 1960 г. СНХ Арм. ССР. 1964,
с. 333.
92. Бернштейн В. А., М а цен о к Е, А. ЖПХ, 1965, т. XXXVIII,
с. 4866—1868.
93. Справочник физических, химических и технологических величин. Техни-
ческая энциклопедия. О’ГИЗ РСФСР, 1931, т. VII, с. 122.
94. Справочник химика, 2-е нзд. Госхимиздат, 1964, т. 3, с. 182.
95. Справочник по растворимости солевых систем. Госхимиздат, 1963, т. IV,
с. 1519. ।
96. В ы д р е в и ч Е. 3. и др. Цветные металлы, 1963, № 10, с. 56.
97. Дибров И. А. и др. ЖПХ, 1964, т. XXXVII, № 10, с. 2316—2321.
98. Бер н ште й н В. А., М а ц е н о к Е. А. ЖПХ, .1965, № 9, с. 1935—1938.
99. Справочник физических, химических и технологических величин. Техни-
ческая энциклопедия. ОГИЗ РСФСР, 1931, т. V, с. 224, 228.
100. Днбр ов И. А. и др. ЖПХ, 1964, т. XXXVII, № 1, с. 29.
101. К р у м г а л ь з Б. С., М а ш о в е ц В. П. ЖПХ, 1964, т. XXXVII, № 12,
с. 2596—2600.
1'02. Машовец В. П. и Др. ЖПХ, 1965, т. XXXVIII, № 10, с. 2344 -2347.
103. Гинзбург Д. М. и др. ЖПХ, 1964, т. XXXVII, №12, с. 2750.
104. Гинзбург Д. М. и др. ЖПХ, 1964, т. XXXVII, № 11 с. 2353—2367.
105. Гинзбург Д. М. ЖПХ, 1965, т. XXXVIII, №1, с. 55—58.
106. Чистякова А. А., Арнннна В. А. Труды ВАМИ, № 73, 1970.
107. Л ейтейзен М. Г., Белецкий М. С. Цветные металлы, 1963, № 9,
с. 49—53.
108. Д н б р о в И. А. и др. ЖПХ, 1964, т. XXXVII, № 9, с. 1920—11929.
109. International Critical Tables, 1928, v. 4, № 3, p. 79, 296, 370.
110. Справочник физико-химических величин. Техническая энциклопедия.
ОГИЗ РСФСР, 1931, т. VI, с. 73.
111. К 1 j a m a R., KltaharaS. Rev. phys. Chern. Japan, 1957, v. 27, p. 48
112. Машовец В. П. и др. ЖПХ. 1965, т. XXXVIII, № 10. с. 2342—2344.
113. К р у м г а л ь з Б. С., Машовец В. П. ЖПХ, 1964, т. XXXVII № 11
с. .2398—2401.
114 Барон Н. М. н др. ЖПХ, 1964, т. XXXVIII, № 1, с.185-188.
115. Смирнов М Н. Цветные металлы, 1966, № 1, с 52—60
116. С м и р н о в М. Н. ЖПХ, 1965, т. XXXVII, № -1, с. 16—20.
!!!' Л ил ее в И. С. и др. Труды ГИПХа, Химтеоретиздат, 1936, № 28, с. 179.
118. Юхас А. и др. ЖПХ, 1964, т. XXXVII, № 7. с. 1427—1435.
119. Герасимов Я. И. и др. Химическая термодинамика в цветной ме-
таллургии. Изд-во «Металлургия», 1966, т. IV.
120. Обзор докладов международного симпозиума по металлургии алюминия,
ч. I. Глинозем. «Цветметииформация», 1965, с. 15.
121. А в д е е в а Т. А., Н о в о л о д с к а я А. А.' ЖПХ, 1966, т. XXXIX. № 2,
с. 294—297, 298—305.
122. Пономарев В. Д. и др. Химический щелочной способ переработки
алюмосиликатов. Изд-во «Металлургия», 1964.
193 Ни Л П. и др. ЖПХ, 1964, т. XXXVII, № 1, с. 22—28.
124 Ни Л. П. и др. ЖПХ, 1962, № 5, с. 952-961.
125. Лайнер А. И., М а й-К и. Цветные металлы, 1966. № 9, с. 52—57.
126. Чистякова А. А Труды ВАМИ, 1966, № 57, с. 51—57.
127. Ч н с т я к о в a A. A., t а т а р с к и й В. В. ЖПХ, 1966, т. XXXIX, № 5,
с. 4018—4023.
128. Торопов Н. А. и др. Диаграмма состояния силикатных систем
(справочник). Изд-во «Наука». 1965, с. 159—161.
129. Zintl Е., Morawietz W. Z. anorg. allgem. Chem., 1938, v. 236;
№ 1—4, p. 372.
130. Kammeyer K. A., Peck J. Amer. Ceram. Soc., 1933, v. 16, № 8,
p. 363.
131. Аракелян О. И. Труды ВАМИ, 1957, № 40. с. 32.
132. Th*ery J. a. u. Bull. Soc. Chim. France, 1961, v. 5, p. 973.
133. Галахов Ф. Я- Труды четвертого совещания по экспериментальной
минералогии и петрографии, вып. 1. Издчво АН СССР, 1951, с. 77.
134. Ч и ж и к о в Д. М. и др. Сб. «Химия и технология глинозема». Изд.
АН Каз.ССР, 1961, с. 43—50.
135. Бабушкин В. И. и др. Термодинамика силикатов. Стройиздат, 1965,
с. 81, 85. 94, 137—142, 326—346
136. Строков Ф. Н. н др. Труды ГИПХа, Госхимиздат, 1940, № 32, с. 15.
137. Юиг В. Н. и Др. Технология вяжущих веществ. Госстройиздат, 1952,
с. 166.
138. Mase ль В. А. Производство глинозема. Металлургиздат, 1950, с. 257.
139. Dyckerhoff W. Zement, 1925, № 14, S. 60.
140. Торопов Н. А., Шишаков Н. А. Труды второго совещания по экс-
периментальной минералогии и петрографии. Изд-во АН СССР, 1937.
141-BurdeseA., Brisi G. Ceram. Abstr. 1952, Bd. 46, S. 3824.
142. CIrill V., Brisi C. Gass. Chim. Itai., 1951, № 8, p. 50—54.
143. Куколе в Г. В. Химия кремния и физическая химия силикатов. Изд-во
«Высшая школа», 1966. с. 325—329.
144. Ранкин и Райт. Тройная система: окись кальция — глинозем — окись
кремния. Издание Силикатной Ассоциапим, 1933.
1 *5. Вг о wnm i 1 Ге г L. Т. Bugue R. Ann. Journ. Sci., 1932, v. 5, № 23,
p. 508.
i46. Строков Ф. H. н др. Труды ГИПХа, Госхимиздат, 1940, № 32, с. 49—
54.
147. Swayze М. Amer. Journ. Sci., 1946, № 1—2, p. 65—94.
148. Торопов H. А. и др. Цемент, 1937, № 1. с. 28.
149. Торопов Н. А., Б о й к о в а А. И. Изд-во АН СССР, 1956, № 6.
с. 972—980.
150. Панаско Г. А., М аз ель В. А. Цветные металлы, 1961, №4, с. 60.
151. Russell А. а. о. Journ. Met., 1955, v. X., р. 1125.
152. Некрасов Б. В. Курс обшей химии. Гостехиздат, 1952, с. 555.
153. Wood J., J. Chem. Soc., 1908, №93, р. 411.
154. Maffei A. Gazz. Chem. Stal., 1934, №64, n. 149.
155. Stade R. Z. Anorg. allg. Chem., 1912, №77, p. 457.
156. Ft i c ke R., Z. Kolloid 1929. № 49, p. 49.
157. Blum W. J. Amer. Chem. Soc., 1913. №35, p. 1499. ,
158. Green K-, Bouge R.’J. Res. Nat. Bur. stand. 36, II (Febr.), 1946,
p. 185.
159. A p л ю к Б. И., Левина P. И. ЖПХ, 1966, т. XXXIX, с. 2430.
160. Ч и с т я к о в а А. А. Эксперимент в технической минералогии и петро-
графии. Изд-во «Наука», 1966, с. 326.
161. Со с hr а и С. N. J. Amer. Chem. Soc., 1955, v. 77, №8, p. 2190.
152. Hardy H., J. S I 1 с о c k. J. inst. Met., 1955—1956, v. 84, №11, p- 423.
163. Пономарев В. Д. и др. Теория и практика переработки глиноземсо-
держащего сырья Казахстана. Изд-во «Наука», Каз.ССР, 1966, с. 70.
164. А р л ю к Б. И. ЖПХ, 1967, т. XL, № 4, с. 753-757.
165. Абрамов В. Я. Труды ВАМИ, 1964, № 52, с. 12—16.
166. Вукаловнч М. И. Термодинамические свойства воды и водяного па-
ра. Мяшгиз. 1958, с. 98.
167. Ба га ев А. С. Цветные металлы, 1968, № 2, с. 66.
168. Приборы для измерения температуры. Номенклатурный справочник
ОНТИПРИБОР, 1965.
169. Вторичные приборы. Номенклатурный справочник. ОНТИПРИБОР, 1965.
170. Приборы для измерения давления, разрежения, количества расхода и
уровня. Номенклатурный справочник. ОНТИПРИБОР, 1966.
171. Автоматические регуляторы и сигнализаторы для контроля и регулиро-
вания теплотехнических процессов. Номенклатурный справочник. ОНТИ-
ПРИБОР, 1966.
172. Весоизмерительные приборы и дозирующие устройства. Номенклатурный
справочник, ОНТИПРИБОР, 1966.
173. Автоматизация производственных процессов на Пикалевском глинозем-
ном заводе. Цветметинформация, 1965.
174. Бенеславский С. И. Минералогия бокситов. Госгеолиздат, 1963,
с. 34—50.
175. М а m о в е ц В. П. и др. ЖПХ, 1968, т. XLI, с. 419.
176. Об. «Математическое описание и алгоритмизация управления техноло-
гическими процессами производства глинозема и алюминия». Цветмет-
информация, 1969.
КОЛЛЕКТИВ АВТОРОВ
СПРАВОЧНИК МЕТАЛЛУРГА
ПО ЦВЕТНЫМ МЕТАЛЛАМ
Производство глинозема
Редактор издательства Л. М. Э л ь к и и д
Технический редактор Л, В. Добужннская
Переплет художника Е. Н. Волкова
Сдано в производство 15/V1 1970 г.
Подписано в печать 28/Х 1970 г.
Бумага типографская № 2 84Х108’/з2 — 5,0 бум. л.
16,8 печ. л. (усл.) Уч.-изд. л. 19,88 Т-16529
Заказ 505 Тираж 6600 экз. Изд. № 934 Цена 1 р. 19 к.
Издательство «Металлургия»
Москва, Г-34, 2-й Обыденский пер., д. 14
Подольская типография Главполнграфпрома
Комитета по печати при Совете Министров СССР
г. Подольск, ул. Кирова, д. 25
Выписывайте
и читайте ежемесячный
журнал «Цветные металлы»
Журнал освещает вопросы теории и практики обогащения руд и
песков, производства и обработки цветных, редких, легких и драго-
ценных металлов.
Печатает материалы о новых технологических схемах и процес-
сах, о комплексной механизации и автоматизации, замене устарев-
шего и модернизации действующего оборудования.
Публикует статьи по экономике обогащения, производства и об-
работки, о передовом опыте, внедренных рационализаторских пред-
ложениях и изобретениях.
Информирует читателя о деятельности межзаводских школ и
научно-технического общества цветной металлургии, о совещаниях и
конференциях, о новостях зарубежной техники и технологии.
Организует дискуссии по наиболее важным и интересным проб-
лемам в цветной металлургии.
Инженерно-технические и научные работники, мастера и высоко-
квалифицированные рабочие, учащиеся вузов и техникумов — каж-
дый найдет в журнале полезные для своей практической и научной
деятельности материалы.
В розничную продажу журнал не поступает.
Подписаться на него можно с любого очередного месяца.
Подписная цена на год 7 р. 20 к.
на .3 мес. 1 р. 80 к.