Особенности процесса карбонизации алюминатных растворов Текст научной статьи по специальности «Промышленные биотехнологии»

УДК 669.712

В.А.МУХИНА

Московский государственный институт

стали и сплавов

ОСОБЕННОСТИ ПРОЦЕССА КАРБОНИЗАЦИИ АЛЮМИНАТНЫХ РАСТВОРОВ

Выполнен аналитический обзор различных способов карбонизации алюминатных растворов. В результате были выбраны наиболее важные факторы, влияющие на крупность гидроксида алюминия: концентрация С02 в газовоздушной смеси, температура процесса карбонизации и величина добавки затравочного гидроксида. В ходе последующих экспериментов определены конкретные зависимости влияния этих факторов на дисперсный состав получаемого А1(ОН)3. Выявлено, что с повышением температуры увеличивается величина среднего размера частиц, а с повышением концентрации С02 размер частиц гидроксида уменьшается. Исследованы зависимости изменения концентрации Na^O,^ и NajO„,ycT, А1203 и крупности получаемого гидроксида алюминия в течение процесса карбонизации. Полученные результаты позволяют создать технологическую схему с получением глинозема любой крупности.

The analytical overview of the different means for carbonization of the aluminates solutions has been performed. As a result, the crucial factors affecting the coarseness of the aluminum hydroxide were chosen, namely, the COj concentration in the gas-aerial mixture, the carbonization process temperature, and the amount of seed hydroxide addition. In the course of the experiments followed, the specific dependences of this factors influence on the dispersed composition of the resulting Al(OH)j were determined. It is found that the rise of the temperature results in the increase of the particle's average size. Whereas, with the COi concentration being increased the hydroxide particles size diminishes. The dependences of NajCVai, Na^O^,*, A1203 concentration alterations as well as the coarseness alteration of the resulting hydroxide during the carbonization process were studied. The results achieved allow one to develop the technological schedule with the resulting alumina of any coarseness.

Основным продуктом переработки ато-минийсодержащего сырья является глинозем, которой находит применение не только в производстве первичного алюминия, но и для изготовления алунда, керамики, абразивных материалов, коагулянтов, сорбентов (для химической и фармацевтической промышленности), огнеупоров и др. Цель использования диктует качество глинозема: для металлургических целей используется крупнодисперсный глинозем высокого качества марок Г-000, Г-00, Г-0, Г-1, Г-2 (ГОСТ 30558-98), для производства катализаторов - крупнодисперсный глинозем марки ГСК, для производства керамики, изоляторов и наполнителей - мелкодисперсный глинозем марок ГН, ГНК, ГЭБ, ГК (ГОСТ 30559-98).

Так как глинозем в его различных модификациях находит широкое применение во многих областях народного хозяйства,

важно научиться управлять процессами разложения алюминатных растворов с целью получения глинозема с заданными свойствами (крупностью, определенным дисперсным и фазовым составом).

Разлагать алюминатный раствор можно декомпозицией и карбонизацией. Наиболее удобным способом получения кристаллов заданной крупности является процесс карбонизации алюминатных растворов, применяемый в спекательных схемах производства глинозема.

В основе процесса карбонизации лежат следующие реакции:

2NaOH + С02 Na2C03 + Н20;

NaAl(OH)4 NaOH + А1(ОН)3;

2Na2CO} + 2А1(ОН)з -»Na20Al203-2C0r2H20 + 2NaOH.

- 171

Санкт-Петербург. 2003

В процессе карбонизации происходит нейтрализация каустической щелочи. В результате апюминатный раствор становится нестойким и начинается гидролитическое разложение алюмината. В конце процесса карбонизации, когда в растворе остается менее 2-3 г/дм3 АЬОь начинается третий период - образование гидроалюмокабоната натрия.

Известно, что на эффективность карбонизации влияют температура, концентрация С02 и АЬОч, перемешивание, количество затравки, наличие примесей.

Целью работы являлось изучение условий получения кристаллов гидроксида алюминия заданной крупности. В качестве основных факторов, от которых зависит скорость карбонизации и скорость роста кристаллов, были выбраны концентрация АЬОз и С02 и температура.

В работе были использованы модельные алюминатные растворы с концентрацией 25 и 100 г/л А1203 и 130 и 48,8 г/л Ка20. Исследования проводились на установке карбонизации. Температура поддерживалась в диапазоне 25-70 °С с помощью ультратермостата иТ1М, концентрация С02 в газовоздушной смеси регулировалась при помощи газовых кранов по значениям ротаметров. Карбонизацию проводили до полного разложения алюминатного раствора.

Процесс карбонизации контролировался анализами алюминатного раствора на содержание ИагОобщ, Ка2ОкауСТ и АЬОз. Анализы на общую щелочь были проведены титриметри-ческим методом нейтрализацией кислотой, на каустическую щелочь - при помощи хлорида бария. Анализ на алюминий проводился титриметрическим методом с помощью три-лонаБ. По окончании процесса гидроксид алюминия подвергался многократной промывке горячей дистиллированной водой на воронке Бюхнера и микроскопическому анализу на дисперсный состав на микроскопе «Биолам» при увеличении 630.

Первая стадия карбонизации - нейтрализация каустической щелочи: 2ЫаОН + + С02 Ыа2СОз + Н20. Процесс нейтрализации идет быстрее при более высоком содержании С02 в газовоздушной смеси и бо-

лее высокой температуре. Нейтрализация каустической щелочи делится на две стадии: нейтрализация избыточной щелочи, находящейся в растворе, и нейтрализация щелочи, образующейся в результате разложения гидроалюмината натрия.

От концентрации АЬОч в процессе карбонизации зависит продолжительность индукционного периода, который характеризуется замедленным разложением алюминатного раствора. После его окончания концентрация №2Окаусг падает до 30-40 % относительно исходного содержания, а рН снижается до 12. Продолжительность разложения алюминат-ных растворов повышенной концентрации А120з и 1Ча20 значительно больше.

Изучена зависимость крупности получаемых кристаллов А1(ОН)з от времени карбонизации при различных исходных условиях (см. таблицу). Для получения тонкодисперсного гидроксида алюминия нужно вести процесс при следующих условиях:

• крупность 1,9 мкм - С(А120з) = 25 г/л, С(1Ма20) = 48,8 г/л, С(С02) = 100 %, Т= 70 °С;

• крупность 2,85 мкм - С(АЬОз) = 25 г/л, С№20) = 48,8 г/л, С(С02) = 100 %, 7"= 25 °С;

• крупность 1,9 мкм - С(А120з) = 25 г/л, С(Ка20) = 48,8 г/л, С(С02) = 15 %, Т= 25 °С;

• крупность 2,68 мкм - С(А120з) = -100 г/л, С(Ъ1а20) = 130 г/л, С(С02)= 100%, Т= 70 °С,

• крупность 1,9 мкм - С(А120з) = 100 г/л, С(Ка20) = 130 г/л, С(С02) = 100 %, Т= 25 °С;

Зависимость крупности кристаллов А1(ОН)} от времени карбонизации

Состав раствора, г/л Содержание со2, % Температура процесса, °С Продолжительность процесса, ч Крупность АЫОНЪ, мкм

АЬО, Na^O

25 48,8 ¡5 25 2 2-3

100 130 15 25 2 15

25 48,8 15 70 1,5 20-25

100 130 15 70 1,5 40

Таким образом, меняя условия карбонизации, можно получить гидроксид алюминия заданной крупности.

Научные руководители: к.т.н. ассист. И.В.Воробьев, д.т.н проф. И.В.Николаев

172 -

ISSN 0135-3500. Записки Горного института. Т.155. Часть 2