Программа дисциплины (Syllabus) PGA 3302 - Производство глинозема и алюминия (стр. 17 )

       При выщелачивании спека водой алюминаты Na и К переходят в раствор, полностью разлагаются ферриты Na и К и частично щелочной кальциевый силикат:

               (Na, K)2O∙CaO∙SiO2+2H2O→2(Na, K)OH+CaO∙SiO2∙H2O

       Для более  полного разложения щелочного кальциевого силиката шлам обрабатывают оборотным щелочным раствором.

       Рекомендуемая литература: [6], 82-86 стр.

Тема 10. Получение глинозема из алунитов 

       Для комплексной переработки алунитовых руд было предложено несколько способов: щелочной, замкнутый щелочной, аммиачно-щелочной, восстановительный и кислотные.

       В основу восстановительного способа положено удаление SO2 из сульфата Аl в начале процесса путем восстановительного обжига предварительно дегидратированной руды и последующей гидрохимической щелочной обработки восстановленной руды (рисунок 4)

       Рисунок 4- Схема восстановительного способа переработки алунитовой

  руды.

       Алунитовую руду дробят до крупности 30-40 мм, а затем измельчают в мельницах сухого помола. Измельченную руду для дегенерации обжигают при 490-510оС в аппарате кипящего слоя.

       Из обжигательного аппарата руда поступает в восстановительный аппарат, также работающий по принципу кипящего слоя. При восстановительном обжиге происходит восстановление сульфата Al и удаление связанной с ним серы:

               2[(K, Na)2SO4∙Al2(SO4)3∙2Al2O3]+3C=2(K, Na)2SO4+6Al2O3+6SO2+3CO2

       Восстановление проводят при температуре 550оС, чтобы достичь достаточно полного восстановления сульфата Al и получить окись алюминия в виде г - модификаций, сохраняющей способность растворятся в щелочных растворах при температуре ниже 100оС. С повышением температуры увеличивается скорость и степень восстановление сульфата алюминия, однако снижается выход Al2O3 при выщелачивании в следствии «пассивации»Al2O3.

       Аппарат  для восстановления (рисунок 5), имеет цилиндрическую форму.

       Рисунок 5-Схема восстановительного аппарата:

  1-газораспределительная решетка

  2-труба для выгрузки восстановленного алунита

  3- труба для загрузки алунита

       Нижняя часть футерована шамотным кирпичом  и имеет газораспределительную решетку. В верхнюю часть аппарата подается воздух для сжигания непрореагировавшего восстановителя.

       Восстановленную руду перерабатывают по способу Байера. После охлаждения до 100-150оС она подается на выщелачивание оборотным щелочным раствором в мешалки температура процесса 80оС в течении 1 часа.

Глинозем переходит в раствор в виде алюминатов Na и К. Одновременно в раствор переходят сульфаты Na и К:

                       Al2(SO4)3+6ROH=Al2O3+3R2SO4+3H2O

       Кремнезем, которой находится в алунитовой породе в малоактивной кварцевой форме, в раствор почти не переходит.

       Возможность выщелачивание восстановленной алунитовой руды слабыми щелочными растворами при низкой температуре имеет большое значение, так как повышение температуры  выщелачивания и увеличение  концентрации щелочи в растворе приводят к интенсивному растворению кремнезема, к вторичным потерям глинозема и щелочи.

       Извлечение Al2O3 при выщелачивании зависит также от содержания в руде неалунитового глинозема, находящегося в руде в виде алюмосиликатов и при выщелачивании  в раствор не переходит, снижается извлечение Al2O3. Содержание неалунитового глинозема  не превышает 2,5%.

       Схема отделения алюминатного раствора от шлама включает классификацию пульпы после выщелачивания в гидросепараторах с последующей фильтрацией и промывкой песком на карусельных фильтрах. Слив гидросепараторов поступает на сгущение и промывку. Шлам состоит в основном из кварца в %: 78 SiO2, 9Al2O3, 7Fe2O3/ 0,5R2O. Шлам используется для строительства или направляется в отвал. Алюминатный раствор содержит:100-120 г/л Al2O3, бк=1,8-1,9.  Обескремнивание алюминатного раствора осуществляется в мешалках при атмосферном давлении в присутствии затравки белого шлама.

       Маточный раствор после декомпозиции упаривают, при этом из него  выделяют смесь сульфатов К и Na перерабатывается на сульфат К. Переработка основана на конверсии смеси солей раствором  калийной щелочи по реакции:

               Na2SO4+2KOH=K2SO4+2NaOH

       Конверсия ведется в мешалках, из которых полученная пульпа подается на центрифуги или барабанные вакуум-фильтры для отделения сульфата К от раствора едкого Na. Раствор едкого Na используют для компенсации потерь щелочи в процессе, а сульфат калия сушат и отправляют потребителям. 

  Рекомендуемая литература: [6], 98-101 стр., [9], 80-81 стр.

Тема 11.  Свойства алюминия и области его применения

Алюминии—химический элемент третьей группы периодической системы элементов . Его порядковый номер 13, атомная масса 26,98. Устойчивых нзотопов алюминии не имеет.

Химические свойства

Алюминий имеет электронную конфигурацию 1s22s22p63s23p1. На третьем (внешнем) энергетическом уровне атома алюминия находятся три электрона, и в химических соединениях алюминии обычно трехвалентен. Из трех валентных электронов два расположены на s-подуровне и один на p-подуровне (3s23p1).

Так как один p-электрон с ядром атома связан слабее, чем два спаренных s-электрона, то в определенных условиях, теряя p-электрон, атом алюминия становится одновалентным ионом, образуя соединения низшей валентности (субсоединения). Кристаллизуется алюминии в гранецентрированной кубической решетке.

Алюминий химически активен. Уже в обычных условиях он взаимодействует с кислородом воздуха, покрываясь очень тонкой и прочной пленкой оксида Al2S3.
Эта пленка защищает алюминий от дальнейшего окисления и обусловливает его довольно высокую коррозионную стойкость, а также ослабляет металлический блеск. Чем чище алюминий, тем выше его стойкость против коррозии, что объясняется более прочным сцеплением оксндной пленки с поверхностью чистого металла. Из присутствующих в алюминии примесей наиболее сильно снижают его коррозионную стойкость примеси железа.

В мелкораздробленном состоянии алюминий при нагревании на воздухе воспламеняется и сгорает с выделением большого количества тепла. С серой алюминий реагирует также при нагревании с образованием сульфида алюминия Al2S3; с хлором и жидким бромом реагирует при обычной температуре, а с йодом — при нагревании или в присутствии воды, служащей катализатором. В атмосфере фтора при комнатной температуре алюминий покрывается пленкой фтористого алюминия АlFз, которая препятствует дальнейшей реакции; при темно-красном калении
взаимодействие алюминия с фтором протекает очень энергично. С азотом алюминии взаимодействует при нагревании выше 800°С с образованием нитрида алюминия AlN. Взаимодействие алюминия с углеродом начинается при 650°С, но протекает энергично при температуре около 1400С° с образованием карбида алюминия А14С3.

Нормальный электродный потенциал алюминия в кислой среде 1,66 В, в щелочной 3,25 В.

Будучи амфотерным, алюминий растворяется в соляной кислоте и в растворах щелочей. В серной кислоте и в разбавленной азотной алюминий растворяется медленно; в концентрированной азотной кислоте, в органических кислотах и в воде алюминий устойчив.

Физические свойства

Температура плавления алюминия технической чистоты (99,5 % А1) 658°С.
С повышением степени чистоты температура плавления алюминия возрастает и для металла высокой чистоты (99,996 % А1) составляет 660,24°С. Удельная теплота плавления алюминия—около 390 Дж/г, удельная теплоемкость при 0°С—0,88 Дж/(г.°С). При переходе алюминия из жидкого состояния в твердое объем его уменьшается на 6,6 % (99,75% А1). Кипит алюминий при 2500 °С.

Следует отметить, что удельная теплота плавления алюминия по сравнению с другими металлами очень высока; например, удельная теплота плавления меди 205 Дж/г, железа 273 Дж/г.

Плотность алюминия меньше плотности железа в 2,9 раза, меди—в 3,3 раза.
В твердом состоянии (при 20 °С) для алюминия технической чистоты (99,75 % А1) она составляет 2,703 г/см3, а для алюминия высокой чистоты (99,996 % А1) 2,6989 г/см3. В расплавленном состоянии алюминий жидкотекуч и хорошо заполняет формы при литье. Вязкость и поверхностное натяжение алюминия при 1000° С составляют соответственно 0,0013 Па. с и 0,454 Н/м.

В твердом виде алюминий легко подвергается ковке, прокатке, волочению, резанию. Из него можно вытягивать тончайшую проволоку и катать фольгу.

Пластичность алюминия возрастает по мере повышения, его чистоты. Временное сопротивление литого алюминия технической чистоты составляет 88—118 Па, прокатанного 176—275 Па. Относительное удлинение соответственно равно 18—25 и 3—5 %, а твердость по Бринеллю НВ 235—314 и 440—590.

Алюминий имеет высокую теплопроводность и электропроводность. В зависимости от чистоты теплопроводность алюминия составляет 238 Вт/(м-°С) (99,7% А1) и 247 Вт/(м.°С) (99,99% А1). Электропроводность алюминия также зависит от его чистоты. Для алюминия технической чистоты (99,5 % А1) она составляет 62,5 % от электропроводности меди, а для алюминия высокой чистоты (99,997% А1) 65,45 %. Различные примеси влияют на электропроводность алюминия в неодинаковой степени. Наиболее сильно электропроводность снижают
примеси хрома, ванадия и марганца. В меньшей степени, чем примеси, на электропроводность алюминия влияет степень его деформации и режим термической обработки. Отрицательное влияние деформации на электропроводность устраняется отжигом. Удельное электросопротивление отожженной проволоки из алюминия технической чистоты (99,7% А1) составляет (0,0279-0,0282) Ю-6 Ом. м.