Процесс спекания глин с известью и содой

18.06.2018
С химической точки зрения этот процесс принципиально не отличается от процесса спекания только с известью. Дробленая кремнеземистая глиноземсодержащая руда (глина) смешивается с карбонатом кальция и карбонатом натрия в таких соотношениях, чтобы процентный состав этой смеси приблизительно соответствовал (исключая посторонние компоненты) смеси двухкальциевого силиката и алюмината натрия NaAlO2. Затем смесь нагревается и выдерживается при высокой температуре в течение того времени, которое необходимо, чтобы перевести максимальные количества натрия и глинозема в растворимое состояние в разбавленном растворе карбонатов щелочей, а другие компоненты, присутствующие в смеси, сделать минимально растворимыми. Температура при этом не очень высока и не превышает температур, необходимых для спекания с известью. Так же как и ранее, здесь основной функцией извести является связывание кремнезема в соединения, нерастворимые во время выщелачивания глинозема. Фазовые превращения двухкальциевого силиката в том случае, когда он образуется, не ведут к рассыпанию спека в порошок. Спекшаяся масса обычно значительно менее плотная, чем в спеках только с известью. Она довольно хрупкая, пористая и, если не пережжена, легко дробится.

Грим, Мейчин и Брэдли изучали влияние минерального состава глин в этом процессе и пришли к следующим выводам.

Введение углекислого натрия в процесс щелочной экстракции в том виде, как он практикуется в методе спекания с известью, приводит к снижению температуры, при которой глина реагирует с остальными компонентами спека, по сравнению со спеком с одной известью. Хорошее извлечение глинозема в этом процессе получено из разновидностей глин, богатых глиноземом (диаспоровых и бокситовых), при температурах обжига 1000° C. Спеки из каолинитовых глин требуют несколько более высоких температур, в то время как спеки, приготовленные из иллитовых и монтмориллонитовых глин, должны обжигаться при температуре 1200—1300° С для получения хотя бы удовлетворительного извлечения глинозема. Это хорошо согласуется с тем, что каолинит при дегидроксилизации переходит в плохо окристаллизованное состояние, в то время как иллит и монтмориллонит сохраняют свою структуру после дегидратации вплоть до очень высоких температур. Если сырье содержит некоторое количество натрия, то процесс спекания с содой и известью выгоднее простого спекания с известью даже при использовании трехслойных глинистых минералов. Все выводы, касающиеся монтмориллонитов, относятся к глиноземистой разновидности минералов.

Извлечение глинозема из каолинитовых и гиббсит-каолинитовых глин при спекании с известью и содой может достигать 90% в том случае, если они содержат немного железа и лишены примеси других глинистых минералов. Извлечение глинозема из галлуазитовых и монтмориллонитовых глин также может быть выше 90%, но более высокий выход глинозема получить труднее. Наиболее высокий выход глинозема из иллитовых глин на 10—12% ниже, чем из других глинистых минералов. Выход глинозема из глин, состоящих из смеси глинистых минералов, хорошо согласуется с цифрами, вычисленными по их минеральному составу на основе данных по чистым минералам.

Диаспоровые и гиббсит-каолинитовые глины дают почти одинаковый выход глинозема при обжиге как при 1000°С, так и при 1300° С. Чистые каолинитовые глины дают выход глинозема 75% при обжиге до 1000° С, при увеличении температуры обжига до 1100° C и выше он не возрастает. Из монтмориллонитовых глин при температуре обжига до 1100° C глинозем совершенно не извлекается, при 1200°С извлечение составляет 50%, а при 1300° — 90%. Иллитовые глины, подобно монтмориллонитовым, для получения хороших выходов глинозема требуют спекания при температуре выше 1200° С.

В спеках, полученных при температуре 1100° C, увеличение времени выдержки при наивысшей температуре обжига вызывает только небольшое увеличение выхода глинозема из диаспоровых глин, умеренное увеличение из глин, сложенных гиббситом, каолинитом и галлуазитом, и очень резкое улучшение извлечения из иллитовых глин. Независимо от времени выдержки из монтмориллонитовых глин при обжиге до 1100° C глинозем не извлекается совершенно.

Спеки с различными глинистыми минералами, полученные в резко восстановительных условиях, дают одинаковые выходы глинозема со спеками аналогичного состава, обожженными в окислительных условиях.

Наблюдается определенное улучшение выхода глинозема из всяких глин, за исключением глин, содержащих диаспор при увеличении отношения Na2О/Al2O3 от 0,8 до 1,2, хотя иногда были получены и противоположные результаты.

В спеках с каолинитовыми и иллитовыми глинами, в которых отношение CaО/SiO2 меньше 2, выход глинозема намного ниже, но и при отношении выше 2 выход глинозема не велик. Монтмориллонитовые глины в спеках с отношением CaO/SiО2 несколько больше 2 дают резко повышенные выходы глинозема.

Вытяжки из иллитовых и монтмориллонитовых глин содержат несколько больше кремнезема, чем экстракты из других глинистых минералов. Каолинитовые глины, содержащие явную примесь иллита и монтмориллонита, дают вытяжки с более высоким содержанием кремнезема, чем чисто каолинитовые глины, но разница в содержании кремнезема небольшая.

Рентгеновские и оптические данные согласно говорят о том, что в спеках с отношением окиси кальция к кремнекислоте, равным 2, и отношением углекислого натрия к окиси кальция, равным 1, соединение NaAlO2, описанное Браунмиллером и Богом, хорошо развивается только за счет высокоглиноземистых глин (гиббситовых, диаспоровых). В каолинитовых глинах этот алюминат представлен пятикальциевым триалюмина-том, в котором натрий и, возможно, кремнезем присутствуют в виде твердого раствора. В иллитовых и монтмориллонитовых глинах алюминат развивается очень слабо, но состав его почти точно соответствует пятикальциевому три-алюминату.

Алюминат присутствует в спеке в виде неправильных агрегатов и в основной массе, состоящей из отдельных неразличимых кристаллов меньше 1 мк в диаметре.

Избыточное количество натрия по сравнению с отношением Nа2O/А12O3, равным 1, вызывает усиленное развитие алюмината, свойства которого ближе всего отвечают составу NaAlO2.

Двухкальциевый силикат встречается в виде отдельных кристаллов в несколько микронов в диаметре только в спеках, полученных с участием каолинитовых глин. В спеках с иллитовыми или монтмориллонитовыми глинами этот силикат достигает максимальных размеров 20 мк в диаметре. Двухкальциевый силикат присутствует в виде бета-модификации, небольшая часть которой перешла в гамма-модификацию.

В спеках с гиббситовыми и диаспоровыми глинами новые фазы начинают развиваться тотчас же после удаления CO2 и появления CaO и Na2O или, вероятно, даже еще раньше под влиянием воздействия расплава карбоната. Начиная с этого момента, большие количества глинозема извлекаются из спека, делая его относительно низкотемпературным. В спеках из каолинитовых глин развитие новых фаз также начинается до того, как карбонаты будут полностью разрушены. В каолинитовых и гиббситовых глинах новые фазы, по-видимому, образуются непрерывно в интервале нескольких сот градусов без резкого термического эффекта.

В спеках с иллитовыми и монтмориллонитовыми глинами нет интенсивного образования новых фаз до температуры примерно 1200° С; глинозем из таких глин не извлекается до тех пор, пока не будет произведен обжиг выше этой температуры. Кроме того, наблюдается резкая термическая реакция, которая начинается при температуре около 1175° С, соответствующая образованию новых фаз в иллите и монтмориллоните. Это различие термических реакций каолинита, с одной стороны, и иллита и монтмориллонита, с другой, может быть объяснено разницей в характере продуктов дегидратации указанных минералов и разной температурой, необходимой для полного разрушения их структур.

Основная проблема для промышленного применения процессов спекания глин с известью и известью и содой заключается в том, что продукты выщелачивания богаче кремнеземом, чем необходимо для восстановления глинозема до металлического алюминия. Такое затруднение может быть в некоторой степени обойдено очень слабым выщелачиванием спека. Это приведет к большим потерям глинозема в спеке, что невыгодно, хотя спек в дальнейшем может быть использован для некоторых других целей. Он обладает свойствами цемента и может быть использован для производства портланд-цемента. Указывают, что комбинация производства портланд-цемента и извлечения глинозема из глин осуществлена в промышленном масштабе в некоторых скандинавских странах.

Было выполнено большое число работ при попытке найти промышленный процесс удаления кремнезема из продуктов выщелачивания. До сих пор эти попытки, кажется, не увенчались полным успехом.

Имя:*
E-Mail:
Комментарий: