глава Х
ОТРИМАННЯ глинозему з ГЛИН,
ШЛАКІВ І ІНШОГО СИРОВИНИ
§ 45. Спосіб відновної плавки
Відновлювальна плавка може бути здійснена в руднотермічеських електропечах. Залежно від ступеня відновлення продуктами відновної плавки є феросиліцій або кремнистий чавун і алюмокальціевий шлак.
При плавці на феросиліцій з'єднання заліза, титану b кремнію відновлюють до вільного стану і, розчиняючись
один в одному, утворюють феросиліцій. Оксид алюмінію при плавці не відновлюється і у вигляді алюмінатів кальцію переходить в шлак. Оксид кремнію відновлюється в повному обсязі: частина його також переходить в шлак у вигляді Двухкальціевий силікату. На потрійний діаграмі СаО-Al2 O3 -SiO2 (див. Рис. 60) утворюються шлаки знаходяться в області моноалюміната кальцію СаО-Al2 O3. Поряд з моноалюмінатом в шлаках присутній 12СаО.7Al2 O3. а також деяка кількість погано розкладаються содовими розчинами ЗСаО.5Al2 O3 і 2СаО.Al2 O3 .5SiO2 (геленітом). Шлаки містять приблизно 10-50% Al2 O3 і не більше 7-8% SiO2. При плавці на кремнистий чавун відновлюється лише, невелика частина SiO2.
Поділ шлаку і феросиліцію (чавуну) грунтується на відмінності їх щільності і проводиться відстоюванням. Наявність в шлаку Двухкальціевий силікату є причиною розсипання шлаку при його охолодженні (див. § 30).
Після додаткового подрібнення в млинах шлак витравлюють оборотними содощелочнимі розчинами. При цьому відбувається розкладання алюмінатів кальцію, що супроводжується переходом глинозему в розчин по реакціях: 12СаО.7Al2 O3 + 12Na2 CО3 + 5H2 O = MNaA1О2 + 12CaCО3 + 10NaOН; СаО.Al2 O3 + Na2 CО3 = 2NaA1О2 + CaCО3.
З алюмінатного розчину після його збезкремнювання виділяють гідроксид алюмінію карбонізацією.
Ocновной недолік відновлювальної плавки в електропечах - висока витрата електроенергії, який, як показали дослідження, може бути значно скорочений при використанні комбінованого способу. Сутність цього способу полягає в двустадийному термічній обробці сировини: спочатку в трубчастої обертової печі здійснюється нагрів шихти і часткове відновлення оксидів руди вуглецем, а потім в електропечі завершується відновлення оксидів, розплавляються і поділяються продукти плавки.
§ 46. Спосіб спікання з вапняком
В основі цього методу лежить спікання руди з вапняком для перекладу глинозему в алюмінат кальцію, а кремнезему -в двухкальціевий силікат. Спосіб спікання з вапняком може бути застосований для переробки глин, каолінів, кіаніту, кам'яновугільних зол, висококремнистих бокситів і шлаків.
Вихідну шихту спекают в трубчастої обертової печі при 1300-1400 ° С. Для отримання саморассипающіхся спеков до досягнення досить високого вилучення глинозему при вилуговування необхідно повільне охолодження спека в області температур, близьких до температури спікання. При швидкому охолодженні виходить спек з мелкокристаллической структури, що містить деяку кількість так званого скла (маси, яка не має явно вираженої кристалічної структури). Такий спік не має здатності до саморассипанію. Для забезпечення високого вилучення оксиду алюмінію (85-87%) відношення СаО: Al2 O3 в спікся має бути 1,5-1,6, що відповідає освіті в основному 12СаО.7Al2 O3.
Отриманий спік витравлюють оборотним содощелочним розчином. Залишок після вилуговування може бути використаний для отримання цементу.
§ 47. Кислотні способи
Основною перевагою кислотних способів перед лужними є можливість виведення кремнезему на початку процесу. Будучи інертним до кислот, кремнезем при кислотної обробці в розчин не переходить, а з'єднання заліза, як і з'єднання алюмінію, розчиняються в кислотах, забруднюючи розчин алюмінієвої солі.
Отже, застосування кислотних способів доцільно для переробки висококремниста сировини. Однак вихідна сировина має бути маложелезістим, так як перехід заліза в розчин значно ускладнює процес. Таким сировиною є широко поширені глини і каоліни. Ведуться також дослідження щодо застосування кислотних способів для nepepaбoткі нефелинов, алунитов, золи і відходів збагачення високозольного вугілля та іншої сировини.
Відомо кілька кислотних способів переробки алюминийсодержащего сировини, наприклад сірчанокислотний, азотнокіслотний, солянокислотного. Основні операції більшості кислотних способів: дегідратація руди, розкладання її кислотою з отриманому розчинної солі відповідної кислоти і відділення нерозчинного осаду, очищення цієї солі від сполук заліза та інших домішок, виділення оксиду алюмінію і регенерація кислоти.
Для дегідратації (зневоднення) часто сировину обпалюють.
Для видалення хімічно зв'язаної вологи з глини її нагрівають до 600-700 ° С; випал при більш високій температурі призводить до зниження реакційної здатності глини.
Наступна операція - розкладання сировини полягає в обробці руди розчином кислоти в мешалках, автоклавах або в інших приладах. При такій обробці глинозем переходить в розчин у вигляді солі відповідної кислоти Al2 (SO4) 3. AlCl3. Al (NO3) 3 і ін. Яку відокремлюють від кремнеземистого залишку (сіштофа).
Сиру руду пли сильно прожарений матеріал (золу вугілля) можна розкласти спеканием з концентрованою кислотою або сульфатом амонію (NН4) 2 SО4.
Для очищення солі алюмінію від сполук заліза запропоновано кілька методів. Більшість з них базується на різній розчинності тих чи інших сполук алюмінію і відповідних сполук заліза. Наприклад, по солянокислотного способу глинозем можна перевести в осад у вигляді AlCl3 .6H2 O насиченням розчину хлористим воднем і тим самим звільнитися від сполук заліза, які залишаються в розчині. Інші способи засновані на здатності сполук заліза адсорбироваться на поверхні деяких речовин, які в невеликій кількості вводяться в розчин.
З очищеної солі алюмінію оксид алюмінію в більшості способів виділяють прокалке. Кислотні оксиди, що переходять при прокалке в газову фазу, поглинаються водою, чим досягається регенерація кислоти.
Для переробки глин, сланців, oтходов збагачення вугілля запропоновано комбінований кислотний спосіб, основне шлнчіс якого полягає в послідовній обробці гліноземсодержащего сировини двома кислотами: спочатку сірчаної, потім соляної. При першій обробці глинозем переводять в розчин у вигляді сульфату алюмінію, який при охолодженні розчину виділяють в осад. Так як отриманий сульфат алюмінію забруднений домішками, то його розчиняють в соляній кислоті з одночасним насиченням розчину газоподібним HCl. З розчину хлористого алюмінію глинозем виділяють у вигляді AlCl3 .6H2 O, при цьому практично всі домішки залишаються в розчині. Шестіводний хлорид алюмінію прожарюють при 1100-1200 ° С і отримують глинозем, який характеризується високою чистотою.
Однак кислотні способи в порівнянні з лужними мають і суттєві недоліки: необхідність використання кислототривких матеріалів, від чого збільшується вартість обладнання; значна летючість більшості кислот, що утрудняє створення нормальних санітарно - гігієнічних умов праці;
складність очищення алюмінієвих солей від сполук заліза;
багато кислоти в обороті.
Кислотно-лужні способи - це вдосконалені кислотні способи. Схема цих способів складається з двох ветвей- кислотної і лужної. У кислотному гілці обробкою руди розчином кислоти з процесу виводиться кремнезем, з розчину солі алюмінію виділяється "сирий" оксид алюмінію, забруднений сполуками заліза. "Сирий" оксид переробляють на чистий глинозем лужним способом, наприклад способом Байєра.
Основна перевага кислотно-лужних способів перед кислотними - усунення спеціальної операції очищення солі алюмінію від сполук заліза, основний недолік-складність технологічної схеми.