Металлопрокат
Металлоконструкции
Обработка металла
В процессе выщелачивания спеков, помимо растворения алюмината натрия и разложения феррита натрия, происходят взаимодействия, в которых активно участвует двукальциевый силикат. Последний реагирует с компонентами алюминатного раствора, например по реакции
с образованием силиката натрия, переходящего в раствор Образование при этом нерастворимого гидрокальциевого алюмината обусловливает так называемые вторичные потери окиси алюминия.
Растворение силиката натрия может продолжаться до тех пор, пока не будет достигнут предел его растворимости в алюминатных растворах в данных условиях Установлено, что в процессе выщелачивания алюминатных спеков образуются пересыщенные (метастабильные) в отношении SiO2 растворы.
Одновременно с переходом SiO2 в раствор происходит взаимодействие между находящимися в растворе силикатом и алюминатом натрия согласно уравнению
в результате которого SiO2 выводится из раствора в осадок в форме натриевого алюмосиликата. Это взаимодействие обусловливает вторичные потери не только окиси алюминия, но и щелочи.
Типичная кривая изменения концентрации окиси алюминия в растворе в зависимости от продолжительности выщелачивания представлена на рис. 20 В начальный период выщелачивания, когда концентрация SiO2 в растворе изменяется от нуля до максимума, реакция образования натриевого алюмосиликата протекает медленнее реакции разложения двукальциевого силиката. Это — период накопления SiO2. Концентрация Al2O3 в растворе в этот период быстро нарастает и достигает максимума к концу его. Второй период — период динамического равновесия, когда скорости поступления SiO2 в раствор и вывода его из раствора взаимно уравновешиваются Вследствие того что в этот период вторичные потери Al2O3 уже не компенсируются поступ лением его из спека в раствор, концентрация Al2O3 в последнем начинает падать.
Третий период — период обескремнивания раствора, когда при практически постоянной скорости образования натриевого алюмосиликата скорость поступления SiO2 в раствор замедляется вследствие снижения содержания в спеке неразложенного двукальциевого силиката Кривая изменения концентрации Al2O3 продолжает падать, но становится более пологой
Установлено, что факторами, благоприятствующими развитию вторичных потерь при выщелачивании спеков, являются: переизмельчение спека (наличие в нем фракций крупностью 100 мк и меньше), высокая концентрация алюминатного раствора, высокие температура (выше 70°) и продолжительность выщелачивания.
При агитационном выщелачивании поверхность двукальциевого силиката в результате измельчения оказывается обнаженной в максимальной степени. Поэтому влияние указанных факторов на вторичные потери Al2O3 и щелочей в этом случае наибольшие.
В итоге решающее значение в качестве средств борьбы со вторичными потерями в данном случае приобретает сокращение продолжительности пребывания раствора в соприкосновении со шламом. При выщелачивании дробленого спека свободная поверхность двукальциевого силиката оказывается в начале процесса минимальной, так как в известной части она перекрывается на поверхности пор и капилляров щелочными алюминатами и другими компонентами спека. Только к концу выщелачивания, когда переход щелочных алюминатов в раствор заканчивается, эта поверхность резко увеличивается; но к этому же времени в соприкосновении с двукальциевым силикатом оказываются либо весьма слабые алюминатные растворы, либо вода. Поэтому при проточном выщелачивании влияние указанных факторов на вторичные потери окиси алюминия и щелочей заметно ослабевает; заметно ослабевает и влияние продолжительности всего цикла выщелачивания на развитие вторичных потерь, тем более что и сам процесс перехода алюмината натрия в раствор оказывается при проточном выщелачивании заметно более растянутым во времени, чем при агитационном.
Для обеспечения наиболее полного извлечения Al2O3 и щелочей операцию выщелачивания прекращают при любом аппаратурно-технологическом оформлении на той стадии, когда концентрация окиси алюминия в растворе достигает максимума, а вторичные потери, обусловленные обескремниванием алюминатного раствора, не успели достигнуть существенных величин. Вследствие этого возникает необходимость выделения обескремнивания в отдельную операцию.
В основе операции обескремнивания лежит взаимодействие между силикатом и алюминатом натрия, приводящее к образованию натриевого алюмосиликата, выпадающего в осадок. Предельно достижимая при этом степень обескремнивания отвечает равновесной концентрации SiO2 в алюминатных растворах, представленной на кривой рис. 5.
В указанной выше форме обескремнивание алюминатных растворов представляет собой самопроизвольно идущий процесс. С достаточной для практических целей скоростью он протекает только при высоких температурах (150—160°), требующих применения автоклавной аппаратуры При температуре 100° необходимая эффективность обескремнивания может быть достигнута только после 6—8-часового нагревания при обязательном вводе в сферу обескремнивания значительных количеств затравки, например в форме ранее полученного белого шлама.
При наличии в алюминатном растворе таких солей, как Na2CO3, Na2SO4 и др., в процессе обескремнивания образуются продукты присоединения этих солей к натриевому алюмосиликату. Эти соединения обладают меньшей растворимостью в алюминатных растворах, чем натриевый алюмосиликат, что обусловливает и более глубокую степень обескремнивания в присутствии этих солей.