» » Физико-химические характеристики алюминатных спеков
03.12.2015

Основными составляющими спеков являются алюминат натрия Na2O*Al2O3; феррит натрия Na2O*Fe2O3 и двухкальциевый силикат (ортосиликат Са) 2CaO*SiO2. Шихты, рассчитанные на образование в спеке этих соединений, называются насыщенными.
В зависимости от вида исходного сырья при производстве глинозема получают спеки: бокситовые, нефелиновые, шламовые, алюмо-кальциевые (саморассыпающиеся). Они различаются составом и соотношением основных фаз.
Для характеристики фазового состава обычно используют молярные отношения основных компонентов:
Физико-химические характеристики алюминатных спеков

Существуют пределы изменения химического состава бокситового спека,%: Al2O3 = 30-32,7; Na2O = 22,8-34; СаО = 17,5-21,3; Fe2O3 = 9,6-12,2; SiO2 = 9,6-11,3; SO3 = 2-4,3; TiO2 = 1,2-1,8; Мщ = 1, Мизв = 2. В зависимости от качества исходного сырья и технологии переработки боксита химический состав спека может изменяться.
Фазовый состав такого спека отвечает полю I диаграммы состояния NANFC2S (см. рис. 11.9). Следовательно, бокситовый спек можно рассматривать как продукт бинарной системы: алюмоферрит натрия — двухкальциевый силикат с первичной кристаллизацией алюмоферритной фазы.
В производственных условиях фазовый состав спека оценивается по извлечению Al2O3 и Na2O в раствор при стандартном выщелачивании. И чем выше извлечение данных полезных компонентов, тем ближе фазовый состав спека к равновесному. Отличительной особенностью промышленного процесса спекания является влияние на него различных факторов: например, примесей серы, поступающей с топливом и исходным сырьем, расшихтовкой бокситовой шихты, связанной с возвратом пыли в коррекционные бассейны, и нестационарностью процесса, обусловленной особенностями теплообмена и кинетикой спекания во вращающихся печах.
В целях уточнения оптимального состава спека В.Я. Абрамовым и Н.Г. Линдтропом был применен регрессионный анализ к обработке среднесуточных статистических данных, собранных за четыре года. В результате были получены регрессионные уравнения, отражающие влияние состава спека на технологическое извлечение из него Аl2O3 и Na2О. Наиболее интересные зависимости, вытекающие из полученных уравнений, представлены в виде графиков на рис. 11.10, 11.11.
Физико-химические характеристики алюминатных спеков

Анализ влияния управляемых параметров позволяет сделать нижеследующие выводы. Оптимальный щелочной модуль Мщ на практике близок к теоретическому и равен 1. Оптимальный известковый модуль Мизв близок к 1,9 вместо 2. Такое отличие обусловлено неполным взаимодействием СаО с SiO2 боксита, что приводит к последующему взаимодействию свободного оксида кальция с алюминатным раствором и потере глинозема в виде кальциевых алюминатов. В.Д. Рывкин и А.О. Иванов показали, что в условиях воспроизведения температурного режима процесса спекания разница в извлечении оксида алюминия из спека, полученного в лабораторных и промышленных условиях, составляет не более 2 %. Отсюда можно сделать вывод, что лабораторные данные могут быть использованы в дальнейшем для оценки промышленного процесса спекания с учетом особенностей теплообмена.
Качественный бокситовый спек имеет истинную удельную плотность 2,95 г/см3, пористость 5—20 %, тепловой эффект спекообразования 300 ккал/кг, или 1255 кДж/кг. Значения средних теплоемкостей приведены в табл. 11.2. Примерный химический состав спеков, полученных из различного вида сырья, приведен в табл. 11.3.
Физико-химические характеристики алюминатных спеков
Физико-химические характеристики алюминатных спеков

Важная характеристика спеков — пористость. За его меру принимается отношение объема пор к общему объему спека. Для нефелиновых спеков характерна более высокая (20—30 %) пористость, чем для бокситовых (10—20 %).