Содержание к диссертации
Введение
Глава 1. Современное состояние и перспективы развития технологии разложения алюминатных растворов глинозёмного производства 9
Глава 2. Физическая химия разложения алюминатных растворов применительно к переработке нефелинового сырья 28
2.1. Термодинамика разложения алюминатных растворов и осаждения гидроксида алюминия 30
2.2. Равновесие в системе Na20 - К20 - А1203 - Н20 51
2.3. Термодинамическое моделирование равновесия в системе Na20 - А1203 - Н20 и К20 - А1203 - Н20 с учетом ионного
состава раствора 61
2.4. Количественная оценка степени метастабильности растворов в системе Na20 - К20 - А1203 - Н20 71
Глава 3. Экспериментальное исследование декомпозиции алюминат ных растворов в системе Na20 - К20 - А1203 - Н20 81
3.1. Техника и технология разложения (декомпозиции) алюминатных растворов 81
3.2. Результаты экспериментального исследования декомпозиции алюминатных растворов в системе Na20-K20-Al203-H20 91
3.3. Математическое описание кинетики декомпозиции алюминатных растворов 105
Глава 4. Выделение продукционного гидроксида алюминия при пониженных пересыщениях алюминатных растворов от переработки нефелиновых концентратов 112
4.1. Методика и оборудование для экспериментального исследования режима разложения алюминатных растворов от выщелачивания нефелиновых спёков 118
4.2. Разложение алюминатных растворов методом последовательной декомпозиции и карбонизации 121
Глава 5. Анализ известных аппаратурно-технологических решений и разработка аппаратурно-технологических схем разложения алюминатных растворов для получения глинозёма песочного типа при переработке Кольских нефелиновых концентратов 148
Заключение 165
Список использованных литературных источников
- Равновесие в системе Na20 - К20 - А1203 - Н20
- Количественная оценка степени метастабильности растворов в системе Na20 - К20 - А1203 - Н20
- Математическое описание кинетики декомпозиции алюминатных растворов
- Разложение алюминатных растворов методом последовательной декомпозиции и карбонизации
Введение к работе
Актуальность работы. Мировая алюминиевая промышленность базируется преимущественно на переработке высококачественных бокситов наиболее простым гидрометаллургическим способом Байера. В России из-за отсутствия такого сырья в сферу производства широко вовлекаются щелочные алюмосиликаты нефелинового состава. Переработка нефелинового сырья техногенного происхождения в настоящее время относится к приоритетным направлениям развития металлургического комплекса Северо-Западного региона, что позволяет обеспечить потребности государства в разнообразных продуктах металлургического, химического и строительного назначения. При этом необходимо обеспечить конкурентоспособность всех видов продукции по сравнению с аналогами, производимыми из других видов сырья и по иным технологическим схемам. Современная технология переработки щелочного алюмосиликатного сырья обладает высокими технико-экономическими показателями и обеспечивает производство глинозема, не имеющего по химическому составу мировых аналогов. Тем не менее, в этой технологии возникают значительные сложности с обеспечением требуемых физических свойств металлургического глинозёма.
Существенный прогресс в улучшении свойств отечественного глинозёма достигнут благодаря работам С.И. Кузнецова, В.А. Деревянкина, Н.И. Еремина, М.Н. Смирнова, В.М. Сизякова, творческих коллективов Всероссийского алюминиево-магниевого института, Уральского алюминиевого завода, Богословского алюминиевого завода, Пикалевского глиноземного завода и ряда других организаций. Работами научной школы кафедры металлургии цветных металлов Санкт-Петербургского государственного горного университета намечены перспективы дальнейшего улучшения свойств глинозёма, которые имеют существенное значение при последующем электролитическом получении алюминия. Однако формирование требуемых физических характеристик глинозёма (крупности, текучести, прочности, и как следствие малого пыления, и высокой скорости растворения в электролите алюминиевых электролизёров) в сочетании с высоким выходом продукции такого качества остаётся нерешённым вопросом переработки нефелинового сырья.
Диссертационная работа выполнена в соответствии с аналитической ведомственной целевой программой “Развитие научного потенциала высшей школы (2009-2010 годы)” по проекту № 2.1.2.5161 «Развитие фундаментальных основ синтеза метастабильных соединений в области технически значимых систем алюминиевой промышленности», и в рамках федеральной целевой программы «Научные и научно-педагогические кадры инновационной России» на 2009-2013 годы по Госконтракту № 14.740.11.0146 «Синтез лигатур, сплавов, оксидных и металлических композиций цветных металлов, обладающих объёмной или поверхностной упорядоченностью структуры на микро- и наноразмерном уровне».
Цель работы: Научное обоснование и разработка технологических решений, обеспечивающих увеличение выхода глинозёма песочного типа при комплексной переработке Кольских нефелиновых концентратов.
Идея работы: С целью увеличения выхода глинозёма песочного типа выделение гидроксида алюминия следует проводить при пониженных пересыщениях алюминатных растворов от переработки нефелиновых концентратов, что обеспечивает условия послойного роста затравочного гиббсита.
Основные задачи исследования:
Анализ известных технологических решений формирования крупнокристаллического гидроксида алюминия и производства глинозёма песочного типа.
Физико-химический анализ технологических систем, используемых для осаждения гидроксида алюминия и термодинамических особенностей системы Na2O-K2O-Al2O3-H2O.
Экспериментальное определение показателей разложения алюминатных растворов в системе Na2O-K2O-Al2O3-H2O.
Экспериментальное исследование зависимости фракционного состава осадка Al(OH)3 от ведущих технологических факторов процесса и решение задачи оптимизации разложения алюминатных растворов для синтеза крупнокристаллического гидроксида алюминия при переработке нефелинового сырья.
Анализ известных аппаратурно-технологических решений для разложения алюминатных растворов глинозёмного производства и разработка технологических решений адаптированных к существующим производственным схемам переработки нефелинов.
Методы исследований. Физико-химические исследования проводились с использованием термодинамического анализа многокомпонентных систем и кинетического анализа массопереноса в многофазных системах. Для изучения свойств и составов жидких и твердых технологических продуктов применялись физические и физико-химические методы, включая электронную микроскопию и лазерный микроанализ фракционного состава. Химические составы растворов определялись с использованием известных отраслевых методик. При выполнении экспериментальных исследований применялось физическое моделирование технологических процессов и движение по поверхности отклика в многофакторном пространстве, а также методы математической статистики. На отдельных этапах обработки данных использованы стандартные программные пакеты и специализированный программный комплекс ReactOp.
Научная новизна:
Установлена зависимость растворимости Al2O3 в системе Na2O-K2O-Al2O3-H2O от мольной доли K2O.
Разработана термодинамическая модель равновесия в частных разрезах системы Na2O-K2O-Al2O3-H2O, учитывающая наличие двух форм алюминатных ионов (мономеры и димеры) в растворах технологических концентраций.
Теоретически обосновано снижение метастабильной устойчивости алюминатных растворов при переходе от системы Na2O-Al2O3-H2O к системе K2O-Al2O3-H2O.
Экспериментально установлена зависимость показателей декомпозиции алюминатных растворов в системе Na2O-K2O-Al2O3-H2O от мольной доли K2O в растворе.
Экспериментально установлен выход фракции гидроксида алюминия +45 мкм в режиме последовательного разложения алюминатных растворов в зависимости от продолжительности декомпозиции, температуры раствора и концентрации затравки.
Защищаемые положения.
1. Для обеспечения условий послойного роста затравки гидроксида алюминия в растворах от выщелачивания нефелиновых спёков, их разложение следует проводить при фиксированной величине относительного пересыщения на единицу поверхности твёрдой фазы, которая определяется физико-химическими особенностями системы Na2O-K2O-Al2O3-H2O.
2. С целью увеличения выхода гидроксида алюминия крупных фракций и глинозёма марки ГК при комплексной переработке Кольских нефелиновых концентратов, разложение алюминатных растворов следует проводить путём сочетания последовательно осуществляемого процесса декомпозиции и карбонизации в содовой и содо-щелочной ветви производственного потока с соблюдением установленных режимных параметров (продолжительность декомпозиции, температура раствора, концентрация и состав затравки).
Практическая значимость работы:
Установлен технологический режим разложения алюминатных растворов глинозёмного производства, обеспечивающий увеличение выхода крупных фракций гидроксида алюминия, с высокой степенью его адаптации к существующей производственной схеме переработки нефелиновых руд и концентратов.
Научные и практические результаты работы вошли в лекционные курсы по дисциплинам «Основы металлургии лёгких металлов», «Новые и перспективные процессы в металлургии цветных металлов», «Организация экспериментальных исследований» для подготовки студентов по специальности 110200 «Металлургия цветных металлов» и магистров по направлению 550500 «Металлургия».
Степень обоснованности и достоверность научных положений, выводов и рекомендаций, содержащихся в диссертации подтверждается всесторонним информационным анализом объекта исследования, использованием современных методов исследований и обработки данных, а так же соответствием полученных экспериментальных результатов теории и практике разложения алюминатных растворов глинозёмного производства.
Апробация работы.
Основные результаты диссертации докладывались на международном конгрессе «Цветные Металлы - 2010» (Красноярск 2010), на 60 и 61 международной научной конференции во Фрайбергской горной академии (Фрайберг 2009, 2010), на международной научно-технической конференции «Металлургия лёгких и тугоплавких металлов» (Екатеринбург 2008), на ежегодной научной конференции молодых учёных «Полезные ископаемые России и их освоение» в СПГГИ (ТУ) (СПб 2007, 2008, 2009).
Личный вклад автора состоит в анализе существующих способов разложения алюминатных растворов глинозёмного производства, физико-химическом обосновании условий разложения алюминатных растворов при переработке низкокачественного алюминиевого сырья, организации и проведении экспериментального исследования декомпозиции и карбонизации алюминатных растворов, обработке и обобщении полученных результатов, а также их апробации и подготовке материалов к публикации.
Публикации. По теме диссертации опубликовано 10 научных работ, в том числе 3 статьи в журналах, входящих в перечень ВАК Минобрнауки России.
Структура и объем работы. Диссертация состоит из введения, 5 глав, заключения, списка литературы. Работа изложена на 188 страницах машинописного текста, содержит 40 таблиц и 90 рисунков. Библиография включает 180 наименований.
Равновесие в системе Na20 - К20 - А1203 - Н20
Последовательный вариант комбинированного способа применяется для переработки высококремнистых бокситов [2,17]. При этом боксит перерабатывается по способу Байера. Высокое содержание кремнезема в боксите вызывает большие химические потери глинозема и щелочи с красным шламом. Для дополнительного извлечения глинозема и щелочи из красного шлама его спекают с содой и известняком. Алюминатный спёк выщелачивают, а полученный раствор после обескремнивания присоединяют к раствору ветви Байера. Смесь алюминатных растворов поступает на декомпозицию. Маточный раствор, получающийся после декомпозиции, повергают выпарке и возвращают в ветвь Байера на выщелачивание новых порций боксита. Потери щелочи и обеих ветвях компенсируются добавками кальцинированной соды, в шихту спекания. При переработке высококремнистых бокситов по последовательной схеме повышается извлечение глинозема из боксита и снижается удельный расход сырья и топлива. Общий результат обработки сырья складывается из суммы показателей двух автономных способов, с усиленной негативной ролью спекатель-ного передела.
В исходном варианте гидрохимический способ (Пономарева-Сажина) был разработан группой специалистов АН КазССР и АН УССР под руководством проф. Пономарева В.Д. и проф. Сажина B.C. для переработки низкокачественного бокситового сырья [28-31]. Авторы способа предложили заменить процесс спекания красного шлама процессом его гидрохимического выщелачивания при температуре около 28СН-300С. Способ Пономарева-Сажина не был внедрен в промышленность в связи с отсутствием аппаратуры высокого давления устойчивой к коррозии, и высоким расходом тепловой энергии, составляющим около 49,0 ГДж на 1 тонну глинозема [24].
Существуют также комбинированный гидрощелочной способ, который был разработан в СССР для переработки высококремнистых бокситов. Принципиальная схема этого способа состоит из двух ветвей - бокситовой и шламовой. В первой из них боксит перерабатывается по способу Байера. Для выщелачивания боксита используют около половины алюминатного раствора шламовой ветви с каустическим модулем 13. Промытый красный шлам для извлечения из него глинозема и каустика выщелачивают в автоклавах маточным рас 14 твором от кристаллизации алюмината натрия, содержащим Na20K около 500 г/л при ак= 30-К35. Гидроалюмосиликат натрия разлагается, а глинозем переходит в раствор в виде алюмината натрия. При этом кремнезем в форме натриево-кальциевого гидросиликата остается в осадке. Затем алюминатный раствор отделяют от нерастворимого остатка. Часть раствора используют для выщелачивания боксита, а из другой части после обескремнивания выделяют гидроксид алюминия. Преимущество гидрохимического способа перед способом спекания заключается- в сокращении расхода известняка и исключении процесса спекания. Основные недостатки этого способа: большой оборот щелочи, сложность упаривания растворов до очень высоких концентраций и большой расход пара на выпарку. Кроме того, по условиям технологии требуется быстрое отделение шлама от алюминатного раствора в шламовой ветви. Комбинированный гидрощелочной способ промышленного применения пока не получил.
Для переработки высококремнистых бокситов также предложен способ Байера с предварительным химическим обогащением. Для этого боксит обжигают при температуре 900—1000С. В ходе-обжига природные гидроксиды алюминия диссоциируют с образованием модификации оксида алюминия у-А1203, которая при температуре процесса пассивируется с образованием кристаллов, плохо растворимых в щелочном растворе. Одновременно при обжиге из боксита удаляются вредные примеси, такие как карбонаты, сера, органические вещества. Обожженный боксит при атмосферном давлении обрабатывают оборотным щелочным раствором, что позволяет перевести из боксита в раствор до 70 % БіОг в виде силиката натрия с соответствующим обогащением боксита. Химически обогащенный боксит отделяют от кремнещелочного раствора и перерабатывают по способу Байера, а из кремнещелочного раствора регенерируют щелочь, которая возвращается на обескремнивание обожженного боксита [1,16,22].
В последнее время возник заметный интерес к гидрогранатовой технологии переработки бокситового сырья как современной альтернативе способу Байер-спекание, позволяющей заметно сократить расход энергетических ресурсов за счёт исключения пирометаллургических процессов при переработке высококремнистого алюминиевого сырья [24,26,27]. Сущность этого способа заключается в переводе активной двуокиси кремния боксита в пассивную форму, представленную гидрогранатовыми соединениями преимущественно железистого состава - 3CaO-Fe203 2Si02-2H20 [27]. Гидрогранатовая технология ориентирована на переработку низкокачественных бокситов с широким, интервалом содержания Si02, FeaCb, AI2O3 и малых примесей, например; наиболее перспективного в России бокситового сырья Тимано-Печорского региона. В равной мере она приемлема и для переработки бокситов Северо-Онежского-месторождения [26]. Технология обеспечивает достижение низкой себестоимости 1 тонны глинозема за счёт минимизации расхода условного- топлива, щелочных материалов и электрической энергии. При этом значительно снижаются-производственные потоки, металлоёмкость и энергопотребление основного технологического оборудования, а исключение обжига красного шлама существенно уменьшает выбросы в атмосферу и обеспечивает экологическую эффективность способа по!сравнению с существующими технологиями.
Если отдельно рассмотреть процесс разложения алюминатных растворов, то наиболее простую технологию мы видим в способе Байера. Разложение растворов ведется методом декомпозиции, которая представляет собой самопроизвольное осаждение гидроксида алюминия из пересыщенных растворов на оборотной затравке А1(ОН)3 [1-4,32,33]. Совершенствование аппаратурного оформления этого процесса, а также повышение эффективности вспомогательных операций является заметным резервом улучшения-показателей передела декомпозиции [34-38].
Количественная оценка степени метастабильности растворов в системе Na20 - К20 - А1203 - Н20
Вопрос о структуре и ионном составе алюминатных растворов представляет собой один из фундаментальных моментов теории производства глинозёма щелочными методами, понимание которого позволяет дать научную оценку процессов протекающих на разных стадиях технологии. Уже в 1959 году профессор СИ. Кузнецов фиксирует пятидесятилетнюю историю попытки создания теории строения алюминатных растворов и способа объяснить их поведение в различных условиях [123]. Анализируя константы равновесия алюминатных растворов, Сергей Иванович пришёл к выводу об их ионной природе и возможной полимеризации мономеров А1(ОН)4" с увеличением концентрации щелочного раствора. В то же время происходило развитие коллоидной теории, которая давала объяснение ряда свойств алюминатных растворов не характерных для истинных ионных растворов [124]. Одновременно шла разработка представлений о наличии комплексных анионов в алюминатных растворах, что согласуется с полиионной теорией В .Я. Курбатова [125,126].
Развитие физико-химических методов исследования позволило к концу 60х годов двадцатого века однозначно утвердиться в ионной природе алюминатных растворов, однако их состав продолжал оставаться дискуссионным вопросом [127]. Решение этого вопроса различными методами сформировало представление о сложном ионном составе алюминатных растворов и его зависимости от параметров состояния системы [32,92,128,129]. Экспериментальное исследование алюминатных растворов методом ЯМР позволило с высокой степенью достоверности установить области существования мономеров [А1(ОЩ]идимеров [АІ20(ОН) ]5 рисунок 2.22, 2.23 [58]. "Al?Oj
Доля мономеров и димеров в зависимости от концентрации К20 в алюминатном растворе при температуре 60С. Проведённый анализ позволяет сделать несколько интересных наблюдений относительно ионного состава равновесных алюминатных растворов. Прежде всего, полученные результаты говорят о возможности термодинамического моделирования равновесия в системе Na20-K20-Al203-H20 с помощью уравнений отвечающих стехиометрии 2.31 и 2.32, т.е. при участии мономеров и димеров. При этомфезультаты расчётов подтверждают качественную картину изменения доли мономеров и димеров в зависимости от концентрации алюминатных растворов согласно исследованиям В.М. Сизякова, рисунок 2.22 и 2.23 [58]. По результатам рисунков 2.26, 2.28 и 2.31 хорошо видно, что доля мономеров в равновесном растворе с увеличением концентрации каустической щёлочи снижается, а димеров растёт. При этом в области повышенных концентраций, характерных для технологии разложения алюминатных растворов, содержание димеров достигает 100%. Этот факт является косвенным свидетельством кинетических затруднений, которые возникают при разложении растворов повышенной концентрации ввиду несоответствия симметрийных параметров ионов и осаждаемого гиббсита [130]. Сопоставление рисункові 2.26 и 2.28 позволяет установить влияние температуры на относительное изменение доли мономеров и димеров в равновесных растворах. Легко заметить, что с увеличением температуры от 30С до 60С и одновременным увеличением растворимости А1203 в растворах с одинаковой концентрацией каустической щёлочи доля димеров также возрастает. При этом наблюдаются существенные отличия в зависимости концентрации отдельных ионных форм алюминия и их доли от концентрации каустической щёлочи, что позволяет говорить о нелинейном характере изменения этих показателей. Существенными отличиями обладают и показатели ионного состава в системах аналогах Na20 - АЬОз - Н20 и K2O-AI2O3-H2O при температуре 60С, рисунки 2.27, 2.28 и 2.30, 2.31. При их сравнении необходимо учесть значительные отличия в молекулярных массах Na2Q и К20. Это по 71 зволяет сделать вывод о большей доли мономеров в калиевой системе при равных молярных концентрациях калиевой и натриевой щёлочи.
Устойчивость алюминатных растворов представляет собой одно из физико-химических свойств, которое делает технически возможным промышленную реализацию способа Байера и других щелочных способов.получения глинозёма. В. то же время, объективная количественная оценка стойкости пересыщенных растворов относительно процесса выделения гидроксида отсутствует в теории глинозёмного производства: Практически единственное известное предложение в этой области базируется на оценке устойчивости алюминатных растворов с помощью линий изокаустического состава, т.е. по. сути относительного пересыщения растворов, которое наряду с абсолютнымпересыщением представляет собой базовые характеристики неравновесных растворов; рисунок«2.32 [2,131].
Из теории кристаллизации-вытекает другая возможность оценки устойчивости пересыщенных растворов основанная на определении длительности индукционного периода [132-133]. Как известно важнейшим положением этой теории является статистический характер образования зародыша новой фазы критического размера, что создаёт возможность для дальнейшего развития процесса кристаллизации. При этом вводится понятие размерности зародыша, т.е. устойчивых микрочастиц, обладающих тремя, двумя и даже одним измерением. Преобразования, выполненные М.Л. Чепелевецким на основе теории Фольмера-Гиббса, позволяют установить связь длительности индукционного периода с ведущими параметрами состояния неравновесной системы и использовать этот показатель для количественной оценки устойчивости неравновесных систем.
Математическое описание кинетики декомпозиции алюминатных растворов
Формирование оптимальной структуры поликристаллических осадков, безусловно, относится к одной из важнейших задач химико-металлургической технологии; так как именно на этапе выделения твердой фазы из раствора (или. расплава) закладываются её продукционные и технологические свойства, позволяющие эффективно использовать или перерабатывать полученный продукт. При кристаллизации из растворов зачастую требуется обеспечить химическую однородность и чистоту осадка, коррозионную устойчивость или химическую активность, оптимальные физико-механические характеристики, такие, как низкая слёживаемость и пыление, высокая технологичность в отношении отделения.и промывки твердой, фазы, сушки и-обжига, транспорта и хранения, ряда других операций. Во многих случаях находятся приемлемые технические решения для достижения поставленных целей. Наиболее трудно решаются поставленные задачи в отношении химических осадков, т.е. малорастворимых продуктов химических реакций, характерных для гидрометаллургии цветных металлов. В последнее время наметилась тенденция в решении данного вопроса, связанная с использованием высокоэффективного оборудования для фильтрации, промывки и гидроклассификации, с применением синтетических флокулянтов на стадии сгущения, и технологических систем, уменьшающих самоизмельчение материала. Это позволяет частично снять остроту проблемы, переведя её в плоскость повышения эффективности смежных операций, но не дает возможности в полной мере использовать технологические резервы, самого химического осаждения.
Всё сказанное в полной мере относится к задачам, решаемым при осаждении гидроксида алюминия из растворов в производстве глинозёма. Особенную остроту эти вопросы приобрели в связи с повышением требований к качеству глинозёма при использовании алюминиевых электролизёров, оборудованных системой автоматизированного питания глинозёмом. В то же время интерес к разработке фундаментальных основ кристаллизации гидроксида алюминия и подходов направленного формирования его кристаллофизических свойств имеет достаточно давнюю историю [144].
Профессора СИ. Кузнецова с полным правом можно отнести к пионерам исследования кристаллизации гиббсита из алюминатных растворов, применившим передовую методику электронной микроскопии для изучения нестационарных ростовых процессов [145]. Тем самым, были заложены научно-методические основы последующих работ в этой области, многочисленность которых говорит о неизменном значении данного вопроса для производства и интереса к нему со стороны отечественных исследователей [146-150]. В статье «Характер роста кристаллов гидраргиллита в процессе декомпозиции алюминатных растворов» СИ. Кузнецов убедительно показал зависимость кристалломорфологии гиббсита, образующегося в производственных условиях, от состава алюминатного раствора. При этом обращается внимание на механизм вторичного зародышеобразования связанный с дендритным ростом кристаллов, особенно в условиях диффузионного ограничения процесса. Таким образом, уже в этой ранней работе, анализ форм роста кристаллов неразрывно связывается с механизмом их возникновения и участием в формировании свойств конечного продукта. Отдельные аспекты этого механизма, включающие исследование активных центров роста и состава среды кристаллизации, вторичных явлений и процессов получили развитие в целом ряде последующих работ [134,151-160]. Одно из наиболее обстоятельных исследований по морфологии гиббсита приведено в работе [161]. Последние десятилетия заметный интерес к механизму кристаллизации гидроксида алюминия связан с изучением процессов агломерации дисперсных частиц, что имеет большое практическое значение для улучшения производственных показателей, и уже нашло применение на ряде глинозёмных предприятий. Не менее важен для производства и вопрос кристаллизации гидроксида алюминия при разложении алюминатных растворов способом карбонизации, что находит отражение в отечественных публикациях [117,119,120, 162-165].
Разложение алюминатных растворов методом последовательной декомпозиции и карбонизации
По результатам выполненных исследований можно сделать следующие основные выводы касающееся научно-технических вопросов переработки низкокачественного алюминийсодержащего сырья и повышения качества глинозёма за счёт оптимизации технологического режима выделения продукционного гидроксида алюминия при разложении алюминатных растворов от выщелачивания нефелиновых спёков.
Анализ доступных информационных источников по проблеме совершенствования переработки низкокачественного алюминиевого сырья позволил установить следующие тенденции в развитии производства глинозёма: применение глинозёма песочного типа представляет собой универсальное средство повышения эффективности как действующих, так и проектируемых электролизёров для получения алюминия; - современное производство глинозёма песочного типа реализовано мировыми лидерами в этой области исключительно для переработки бокситового сырья способом Байера; - технические решения для получения глинозёма песочного типа основаны на оптимизации параметров ведения процесса, обеспечивающих послойный рост затравки и агломерацию мелких фракций затравочного гидроксида алюминия; - программа повышения крупности глинозёма при комплексной переработке Кольских нефелиновых концентратов, несмотря на положительный результат, достигнутый в производственном масштабе, не позволяет получать глинозём идентичный по кристалломорфологическим свойствам глинозёму песочного типа.
Термодинамический анализ технически значимых систем для выделения алюминия в щелочных способах переработки алюминийсодержащего сырья совместно с анализом процессов кристаллообразования, протекающих в этих системах, позволил сделать следующие выводы: - система Na20-K20-Al203-H20, являющаяся базовой при переработке нефелинового сырья, недостаточно изучена в термодинамическом отношении, что затрудняет её анализ с позиций возможности протекания процессов и оценки их показателей; - при равной начальной концентрации А120з и каустическом модуле раствора система МагО-А Оз-НгО обладает более высоким абсолютным пересыщением- по сравнению с пересыщением в системе K2O-AI2O3-H2O, что имеет существенное значение для зародышеобразования и процесса массовой кристаллизации; - установлен нелинейном характер зависимости концентрации ионных форм алюминия и их доли от концентрации каустической щелочи и её природы, что может вызывать нелинейный характер изменения показателей разложения алюминатных растворов; - пересыщенные растворы в системе K2O-AI2O3-H2O обладают относительно меньшей длительностью индукционного периода, что обеспечивает их меньшую метастабильную устойчивость и кинетические преимущества при разложении.
Экспериментальное исследование показателей разложения алюминатных растворов в системе ЫагО-КгО-АЬОз-НгО методом декомпозиции на затравке гиббсита позволяет сделать следующие основные выводы: - соотношение щелочных компонентов в алюминатном растворе представляет собой существенный фактор их декомпозиции, оказывающий влияние на степень разложения и фракционный состав осадка независимо от типа используемой затравки; - установлено явление повышенного разложения калийсодержащих алюминатных растворов по кинетическим причинам с переходом в область ненасыщенных составов, что имеет большое практическое значение для технологии осаждения гидроксида алюминия и производства глинозёма; - установлена корреляция степени разложения растворов и среднего медианного диаметра частиц осадка гидроксида алюминия. С увеличением степени разложения растворов закономерно уменьшается средний размер частиц, который является высокочувствительным параметром в отношении ус ловий декомпозиции; наименьшая мольная доля К20 в алюминатном растворе, обеспечивающая увеличение степени его разложения, составляет 0,33, а вовсём диапазоне составов наблюдаются два максимума по степени разложения. Первый максимум в растворах с мольной долей К20 0,33, а второй в растворах с Пк=1,0, т.е. в системе К20-А120з-Н20, со степенями разложения соответственно 50 и 58 %; - средний диаметр частиц осадка составляет от 55 до 72,5 мкм при декомпозиции растворов с мольной долей К20 от 0,0 до 0,75. Только в растворе с мольной долей К20 1,0 наблюдается резкое уменьшение среднего размера частиц до 22,9 мкм; - для- широкого диапазона составов алюминатных растворов в системе Na20-K20-Al203-H20 с пк от 0 до 0,75 морфология осадков достаточно стабильна. Существенные изменения формы кристаллических индивидов гиббсита наблюдаются,только при его осаждении из растворов с пк= 1; - современные программные комплексы обеспечивают численное решение уравнений математической модели декомпозиции алюминатных растворов, что делает возможным адекватное описание кинетики этого процесса с помощью двух последовательных стадий осаждения гидроксида алюминия.
