20.07.2018
В ходе возведения частного жилого здания и разработке интерьера, необходимо принимать во внимание все требования, которые...


20.07.2018
Биметаллическими радиаторами называют батареи, созданные из нескольких сплавов: стального и алюминиевого. Сталь применяют с целью...


19.07.2018
Гибка металла, в особенности, листового, считается технологичной процедурой, в ходе которой из прокатного листа можно получить ту...


18.07.2018
Металлические изделия самой разной функциональности для краткости называются метизы. Группа охватывает широчайший ассортимент,...


18.07.2018
Сегодня на рынке выбор покрытий для пола является попросту колоссальным, среди самых востребованных вариантов следует отметить...


17.07.2018
Инверсионная крыша является «кровлей наоборот». Если говорить простыми словами, то основным её отличием, сравнивая со стандартной...



Кислотный процесс

18.06.2018
В этом процессе алюминий извлекается из глины в результате разложения их кислотой. В США преимущественно были изучены методы разложения серной кислотой, которые, по-видимому, наиболее выгодны. Опробовалась также азотная кислота, но ее использование связано с существенными технологическими трудностями. Исследовалось применение и соляной кислоты; в тех местах, где существуют благоприятные экономические условия, она может использоваться.

Растворимость глинистых минералов в кислотах варьирует в зависимости от природы кислоты, ее концентрации, отношения кислоты к глине, температуры и продолжительности обработки. Кроме того, различные группы глинистых минералов обладают совершенно разной растворимостью, и даже в пределах одной группы отдельные глинистые минералы сильно различаются по растворимости. Так, в общем богатые магнием монтмориллониты значительно более растворимы, чем монтмориллониты, богатые алюминием, а монтмориллониты, богатые железом, по растворимости занимают промежуточное положение. У глинистых минералов, различающихся по кристалличности, таких, как каолинит, растворимость возрастает по мере того, как падает степень их кристалличности. Конечно, растворимость будет возрастать по мере уменьшения размера частиц. Обжиг глинистых минералов изменяет их растворимость. В зависимости от температуры и природы глинистого минерала обжиг может увеличить или снизить его растворимость.

Паск и Дейвис в опыте растворения 0,5 г глины, высушенной при 130° С, при кипячении в течение 1 час в 35 см3 20%-ного раствора серной кислоты показали (табл. 8-1), что в раствор в этих условиях переходит только 3% от общего содержания в минерале глинозема у каолинита и только 9% у так называемого аноксита. Галлуазит обладает умеренной растворимостью, и в аналогичных условиях обработки в раствор переходит 50—90% глинозема. Иллит слабо растворим, и в одном образце, обработанном таким же методом, в раствор перешло 11 % глинозема. Растворимость монтмориллонитов колеблется от слабой до высокой (в раствор переходит 33—87% глинозема). Аттапульгит-сепиолитовые глинистые минералы, вероятно, имеют растворимость, близкую к растворимости монтмориллонитовых минералов.

При такой же концентрации кислоты и аналогичном отношении кислоты к глине, но под давлением и при 155° С растворимость всех глинистых минералов возрастает (табл. 8-1). В этих условиях в галлуазите весь глинозем переходит в раствор, а в монтмориллоните почти весь (85—93%). Даже у обычно почти нерастворимых каолинита и иллита в раствор переходит соответственно 70 и 87% алюминия.

В аналогичных условиях выщелачивания после обжига при 800° С весь или почти весь глинозем каолинита, аноксита и галлуазита переходит в раствор, в то время как растворимость иллита увеличивается только незначительно, а у монтмориллонитов понижается (табл. 8-1). Объяснение этого явления заключается в том, что структуры каолинита и галлуазита в основе своей при этой температуре разрушаются, но еще не образуется новых высокотемпературных фаз. В случае иллита и монтмориллонитов структура при этой температуре изменяется слабо и еще не разрушается, вследствие этого растворимость глинозема изменяется, но полностью он еще не может быть выщелочен. При нагревании каолинита до еще более высоких температур (975° С) в нем развиваются новые кристаллические фазы и растворимость падает. Аналогично каолиниту при нагревании двух глинистых минералов примерно до такой же температуры в них образуются новые высокотемпературные фазы, которые будут влиять на растворимость этих минералов в кислоте. У некоторых глинистых минералов, таких, как монтмориллониты и иллиты, состав образующихся высокотемпературных фаз варьирует в зависимости от замещений в их кристаллических решетках, а также от состава обменных катионов, поэтому можно ожидать соответствующих изменений в их растворимости в кислоте.

Сравнение данных, полученных Тибо и Паском и Дейвисом, показало, что данные, полученные в различных условиях, сильно колеблются. Тибо, основываясь на растворимости катионов, установил, что при обработке в течение 2 час при температуре 80—85° С глинистых минералов, высушенных при 105—108°С в 50%-ной соляной кислоте, растворимость биотита равна 100%) мусковита 5—32, каолинита 10, галлуазита 6—15 и монтмориллонита 62%. Выщелачивание серной кислотой той же концентрации этих глинистых минералов, высушенных на воздухе, проведенное Тибо, показало, что они полностью растворяются в этих условиях, если оценивать их растворимость по растворимости катионов. Эта работа показала, что непрокаленные глинистые минералы лучше растворимы в серной кислоте, чем в соляной, а галлуазит и каолинит в соляной кислоте растворяются хуже, чем трехслойные глинистые минералы.

Растворимость глинистых минералов в других кислотах изучена плохо. Исследователи, наблюдавшие реакции обмена анионов, считают, что растворимость их, вероятно, значительна, особенно в кислотах, анионы которых по размеру и геометрии приблизительно соответствуют отдельным компонентам структуры глинистых минералов. Вследствие этого некоторые относительно слабые кислоты могут сильно действовать на ряд глинистых минералов. Так, Муррей показал, что фосфорная кислота в некоторых условиях разлагает каолинит сильнее, чем серная.

Вольф опубликовал интересные данные, показывающие влияние концентрации кислоты на растворимость глинистых минералов. В опытах с 10 г хорошо окристаллизованного каолинита, который вываривался в течение 2 час в 100 см3 соляной кислоты, он установил, что при 0,02 н. кислоте в раствор переходит 3,1 мг глинозема, при 0,5 н. кислоте — 53,5 мг глинозема, а при 5 н. кислоте — 124 мг глинозема.

Каолинитовые глины в качестве источника глинозема имеют преимущество перед остальными глинистыми минералами благодаря тому, что они обладают наиболее высоким среди глинистых минералов содержанием глинозема, умеренной отдачей растворимого глинозема после обжига, содержат мало железа, щелочей или щелочных земель, которые переходят в раствор вместе с алюминием при выщелачивании кислотой. К сожалению, нет месторождений чистых каолинитовых глин достаточно крупного размера, которые могли бы обеспечить сырьем алюминиевые заводы. Месторождения необходимого размера содержат обычно небольшие количества других глинистых минералов и соединений железа, так что в растворах после выщелачивания наряду с глиноземом обнаруживается некоторое количество железа, щелочей и щелочных земель. Это создает большие технологические трудности, так как указанные выше компоненты попадают в глинозем, а затем в камеры электролитического восстановления. Они сокращают срок жизни электролитических камер или переходят в металлический алюминий и загрязняют его. Проблеме уменьшения концентрации железа и других вредных компонентов в растворах после выщелачивания глин посвящена обширная литература. Содержание железа может быть сильно снижено предварительным обжигом глины в восстановительной атмосфере (при этом образуются окислы типа шпинели, в которые входит железо в относительно нерастворимой форме) или путем химической обработки растворов после выщелачивания различными методами, например марганцовистой кислотой. Наиболее сложна, по-видимому, проблема присутствия в глинах калия, так как он с трудом удаляется из растворов. Более того, калий обычно присутствует в каолинах, так как каолин содержит почти всегда калийсодержащие минералы — слюду и иногда полевой шпат.

После обработки кислотой полученные растворы концентрируются, а затем нагреваются выше температуры, при которой происходит их разложение и одновременно осаждается глинозем. Кислота, выделяющаяся при этом, улавливается и вновь используется в процессе выщелачивания.

В случае сульфатов обжиг ведется при температуре около 550° С в восстановительной атмосфере. Кислотный процесс имеет преимущество перед другими способами получения глинозема из глин благодаря его простоте, легкости извлечения глинозема и возможности многократного использования кислоты. Кроме того, при этом процессе требуется только умеренный обжиг глины. Недостаток процесса заключается в растворимости железа и щелочных земель. В процессе в качестве побочного продукта получаются большие остатки, состоящие из кремнекислоты. Если будет найдено применение этого остатка в промышленности, данный процесс сможет конкурировать с процессом извлечения глинозема из бокситов.

Производство квасцов


Раньше в производстве квасцов и других соединений алюминия в качестве источника глинозема использовались бокситы. Это положение справедливо и теперь, особенно когда требуется получение продуктов высокой чистоты, но если к постоянству состава квасцов не предъявляется жестких требований, используется глинозем, получаемый из глин каолинитового типа. Процесс заключается в обработке глины серной кислотой. Глина предварительно обжигается для повышения извлечения алюминия.

При активации кислотой монтмориллонитовых глин для приготовления осветлителей для нефтепереработки получаются растворы, содержащие много сульфата алюминия наряду с сульфатами кальция и магния. Монтмориллониты, применяемые для этих целей, содержат немного калия или совсем лишены его. Эти растворы дают часть глинозема, идущего на получение соединений алюминия.