CC BY
17
УДК 669.712.1
В.И.ДАВЫДОВ
Металлургический факультет, аспирант кафедры металлургии цветных металлов
ИССЛЕДОВАНИЕ КИСЛОТНО-ОСНОВНОГО ВЗАИМОДЕЙСТВИЯ ПОВЕРХНОСТИ ЗАТРАВКИ С АЛЮМИНАТНЫМ РАСТВОРОМ
В настоящее время алюминиевые заводы требуют глинозем более высокого качества по физическим свойствам, поэтому многие исследования направлены на получение песочного глинозема. Рассматривается способ получения песочного глинозема, предложенный Санкт-Петербургским горным институтом. Рассмотрено влияние крупности затравки на формирование продукционного глинозема. Изучено влияние крупности затравки в способе Байера и в способе спекания с карбонизацией гидроксида алюминия. Предложенный способ производства глинозема находится на стадии научного исследования, поэтому о внедрении в технологию речь пока не идет.
At present, aluminum plants require a reception alumina more hight quality on physical characteristics. So many study are directed on the reception sand alumina. In given work is considered way a reception ре-juicy alumina, offered by the Saint-Petersburg mining institute. Influence large alumina will be considered In work on shaping rule-oriented alumina. Considered influence large alumina in the Bayer method and carbonization aluminum hydroxide. Offered way of production alumina inheres on one study scientific study and so on introduction in the technology a speech until goes.
Промышленные образцы гидроксидов алюминия являются неорганическими иони-тами. Однако при использовании гидроксидов в процессах разложения щелочных алюминатных растворов приводятся только физические характеристики: удельная поверхность, фракционный, кристаллографический составы и т.д. Как показали исследования процесса осаждения гидроксидов из щелочных растворов, определение только физических характеристик недостаточно, поскольку образцы с близкими физическими характеристиками ведут себя по-разному в химических процессах. Следовательно, необходимо учитывать и химические свойства поверхностей гидроксидов, определяемые силой и концентрацией кислотно-основных центров.
Известны результаты исследований кислотно-основных свойств промышленных образцов гидроксидов алюминия, полученных при одинаковой технологии декомпозиции алюминатных растворов [1]. Исследование проводилось индикаторным методом, а также методами неводного и водного титрования и ионного обмена.
Для проверки влияния кислотных свойств затравочного гидроксида алюминия, имеющего различные удельные поверхности, были проведены опыты по разложению алюминатных растворов крупной затравкой с малой удельной поверхностью (5уд = 0,038 м2/г, Н0»4 и очень мелкой затравкой (5уд = 0,506 м2/г, Н0 ~ 9). Условия эксперимента следующие: концентрация №20£ 133,3 г/дм3; АЬОз 94,9 г/дм3; температура 60 °С; время опыта 6 ч; ак = 2,31.
Фракционный состав исследуемых гидроксидов следующий, %:
Фракция, мкм -10 -20 -40 +40-64
Тип затравки
мелкая 88,2 96,5 100 0
крупная 0,16 0,27 1,77 98,23
Вес затравки выбирался таким, чтобы поверхность твердой фазы была одинаковой (6,4 м2/л).
Данные по декомпозиции сведены в табл.1, из которой следует, что при прочих равных условиях единица поверхности крупного гидроксида алюминия проявляет более
_ 177
Санкт-Петербург. 2003
активные затравочные свойства, чем единица поверхности мелкодисперсной затравки.
Таблица 1
Степень разложения алюминатных растворов с различными затравками
Раствор Na2Ok А12Оз (Хкст Степень разложения
Исходный раствор 133,0 94,9 2,31 -
Декомпозиция с крупной
затравкой 133,0 91,6 2,39 3,35
Декомпозиция с мелкой
затравкой 133,0 94,0 2,33 0,86
Наличие большого количества сильных кислотных центров на крупном гидроксиде, которые обуславливают большой процент разложения алюминатных растворов крупной фракцией (3,35 %) по сравнению с мелкой (0,86 %), по-видимому, может быть объяснено различием в строении и свойствах крупной и мелкой фракций.
Кислотно-основные свойства карбонизационной затравки и концентрацию ее активных центров определяли методом гетерогенного рН-метрического титрования [1]. Это метод наиболее подходит для оценки физико-химических свойств амфотерных веществ. Для выяснения влияния дисперсионного состава на кислотно-основные свойства А1(ОН)3 были изучены препараты А1(ОН)з двух классов крупности: +80 мкм и -40 мкм. Установлено, что химическая активность крупной и мелкой фракций карбонизационного гидроксида алюминия практически одинакова, что отличает ее от байе-ровского гидроксида алюминия.
Взаимодействие поверхностного слоя А1(ОН)з с реагентами титрования описывается следующими реакциями:
|[ОН|~А1(ОН^ + 20Н->| ЮН|~ АКОЩ ; (1)
га Ок
1 [ОЩг2~ А1(ОН% + Н+ ->[ А1[0Н]зН20 . (2)
га ой
Количественные характеристики кислотно-основных центров определены по [2, 3]. В основу расчета положены уравнения материальных балансов по разности концентраций добавлений при титровании щелочи
С^аон или кислоты Сна и концентрации соответствующих ионов, вступивших в реакции (1) или (2), и определение констант равновесия этих реакций.
Результаты расчетов в сравнении с данными по кислотно-основным центрам байе-ровского гидроксида алюминия [1] представлены в табл.2.
Таблица 2
Сравнительные данные по концентрации кислотно-основных центров карбонизационного гидроксида алюминия (ПО «Глинозем») и байеровского гидроксида алюминия (Павлодарский алюминиевый завод) [1]
Фракции А1(ОН)з, мм Карбонизационный А1(ОН)3> моль/м2 Байеровский А1(ОН)3, моль/м2 [3]
Кислотные Основные Кислотные Основные
центры центры центры центры
+80 15,8-Ю"5 16,8-Ю"5 9,4'10"5 10,3 105
-40 13,2-10'5 12,5-10"5 2,5-10"5 3,35-10"5
В карбонизационном гидрате активность кислотно-основных центров у крупных (+80 мкм) и мелких (-40 мкм) фракций отличается незначительно (на 20-30 %), в то время как у байеровского гидрата разница велика, активность крупной фракции байеровского гидрата превосходит аналогичную характеристику мелкодисперсного гидрата в 3-4 раза.
Это свидетельствует о разных условиях формирования крупных и мелких классов гидроксида алюминия в процессе гидролиза алюминатных растворов при разных методах его осуществления. Высокая скорость гидролиза при карбонизации алюминатных растворов нивелирует тонкий механизм формирования гидроксида алюминия различной крупности.
ЛИТЕРАТУРА
1. Влияние и механизм действия примесей на процесс кристаллизации А1(ОН)3 из алюминатных растворов / В.Г.Тесля, В.М.Сизяков, Ю.А.Волохов, А.Е,Исаков // ГСЭОВА. Дельфи, Греция. 1998.
2. Изучение затравочного гидроксида алюминия с помощью индикатора кристаллического фиолетового / Б.И.Лобов, Ю.И.Рутковский, И.Ф.Маврин и др. // Цветные металлы. 1988. № 8.
3. Исследование физико-химических свойств поверхности гидроксида алюминия / Т.К.Калинская, И.Ф.Маврин, Б.И.Лобов, Ю.А.Волохов // Сб. трудов ЛГПИ им. Герцена. 1979. Т. 74.
Научный руководитель д.т.н. проф. В.М.Сизяков
178 _
ISSN 0135-3500. Записки Горного института. Т.155. Часть 1
