Методика и оборудование для экспериментального исследования режима разложения алюминатных растворов

Методика и оборудование для экспериментального исследования режима
разложения алюминатных растворов
Кремчеева Д. А.
Кремчеева Д. А. Методика и оборудование для экспериментального исследования режима разложения алюминатных растворов
Кремчеева Динара Абдолловна / Kremcheeva Dinara Abdollovna – кандидат технических наук, ассистент,
кафедра метрологии и управления качеством,
Национальный минерально-сырьевой университет «Горный», г. Санкт-Петербург
Аннотация: в статье рассмотрены основные условия получения крупнозернистого гидроксида алюминия,
описана разработанная методика приготовления близких к равновесным алюминатных растворов с
заданной концентрацией Al2O3, приведена схема разложения алюминатных растворов карбонизацией.
Ключевые слова: карбонизация, крупнокристаллический осадок, пересыщение, методика приготовления
растворов.
Анализ механизма формирования продукционных свойств гидроксида алюминия показывает, что
необходимым условием получения крупнокристаллического осадка является обеспечение и поддержание
величины относительного пересыщения алюминатного раствора на уровне критического минимума,
вытекающего из уравнения 1.
(С – C0)/S ≤ Max,
(1)
где С, C0 – соответственно концентрация Al2O3 в растворе перед декомпозицией и её равновесное
значение; S – поверхность затравки.
Таким образом, методической основой обеспечения этого соответствия является снижение абсолютного
пересыщения раствора по концентрации Al2O3. При этом задачей экспериментального исследования
становится подбор количества вводимой затравки с учётом управления величиной абсолютного
пересыщения за счёт температуры раствора. Следовательно, на начальном этапе разложения алюминатных
растворов должны быть обеспечены условия их самопроизвольной декомпозиции до уровня относительного
пересыщении ниже критической величины, после чего возможно создание дополнительного пересыщения за
счёт карбонизации раствора. Скорость карбонизации на данном этапе исследования была принята
постоянной величиной, которая определяется изменением концентрации каустической щёлочи в растворе на
уровне 10г/л∙час.
При проведении данного исследования приготовление алюминатных растворов и затравки оставались
неизменными по отношению к методике, изложенной в разделе 3.1. Составы исходных растворов были
приняты максимально близкими к производственным данным, которые определяются стандартом
предприятия. Такие растворы имеют каустический модуль не ниже 1,45 при концентрации Al2O3 на уровне
90 г/л и эквивалентной концентрации Na2Oк около 80 г/л, что обеспечивается условиями их получения в
производственных условиях при выщелачивании нефелиновых спёков оборотными содо-щелочными
растворами.
Обязательным элементом приготовления растворов технологических концентраций, пригодных для
разложения в лабораторных условиях, является получение растворов с концентрацией NaOH в пересчете на
Na2O около 300 г/л и к = 1,45÷1,60. Такие растворы близки по составу к равновесным и, обладая высокой
вязкостью, даже в пересыщенном состоянии имеют высокую метастабильную устойчивость относительного
самопроизвольного разложения. В качестве реагентов использовали гидроксид натрия (NaOH) марки ЧДА и
заводской гидроксид алюминия марки Г-00 с содержанием SiO2  0,013%; Fe2O3  0,02%; (Na2O+K2O) 
0,26%.
Для приготовления двух литров раствора в реактор из нержавеющей стали наливается холодная
дистиллированная вода в количестве около 1500 мл. В нее порционно, при перемешивании раствора
механической мешалкой из нержавеющей стали, вносится расчетное количество NaOH (содержание NaOH в
реактиве не менее 90 %):
масса NaOH = 600  80  860,22 г .
62  0,9
После растворения NaOH в раствор вводится расчетное количество Al(OH)3 (содержание Al(OH)3 не
менее 98,5 %):
масса Al(OH)3 =
1,645 600 156

 1056,91 г .
1,45 102  0,985
Раствор доводится дистиллированной водой примерно до 2000 мл, нагревается до 100÷105 оС и
выдерживается при постоянном перемешивании до полного растворения Al(OH)3. Затем в горячем
состоянии при температуре около 60 °С фильтруется под вакуумом через плотный узкопористый фильтр №
90 (синяя полоса). Фильтрат переливают в полипропиленовую колбу и охлаждают до комнатной
температуры. Раствор хранится в закрытой полипропиленовой бутыли при температуре в лаборатории около
20 °С.
По результатам анализа концентрированных растворов определяется истинное содержание Na2O и Al2O3.
Карбонизация алюминатных растворов проводилась с использованием оборудования, приведённого на
рисунке 1. Источником CO2 служил технический углекислый газ, который подавался в схему карбонизации
из баллона высокого давления. Контроль скорости подачи газа и его расхода осуществлялся с помощью
поплавковых газовых ротаметров, пенного расходомера и газового счётчика объёма. В ходе
предварительной карбонизации щелочных растворов был отработан режим подачи углекислого газа,
обеспечивающий требуемый темп карбонизации с учётом степени усвоения CO2. При необходимости,
газовая схема установки предусматривает возможность приготовления газо-воздушных смесей требуемого
состава и контроль их состава с помощью газового хроматографа ЛХМ-8МД.
Рис. 1. Схема экспериментальной установки для исследования процесса разложения алюминатных растворов от
переработки нефелиновых концентратов (1 – компрессор, 2, 4 – ротаметры, 3 – ресивер, 5 – пульт управления, 6 –
пенный расходомер, 7 – механическая мешалка, 8 – контрольный термометр, 9 – терморегулятор, 10 –
термостатируемый объем, 11 – нагреватель, 12 – газовый хроматограф, 13 – баллон с гелием, 14 – баллон с СО2, 15 –
смеситель, 16 – газовый счетчик)
Стандартная процедура карбонизации включает следующий набор вспомогательных технологических
операций и схему контроля текущих показателей процесса:

Пробоотбор жидкой фазы для времени карбонизации алюминатных растворов, в часах: 0; 1; 3; 4,5;
6.

Пробоотбор твердой фазы для времени карбонизации алюминатных растворов, в часах: 0; 3; 6.

Исходная (нулевая) и конечная (6 часов) пробы жидкой фазы анализируются на содержание в
растворе Na2Ok и Al2O3. Остальные пробы анализируются только на содержание Al2O3.

Количественное отделение алюминатного раствора от осадка путем вакуумного фильтрования
гидратной пульпы, полученной в результате разложения алюминатного раствора.

Промывку осадка от алюминатного раствора (дистиллированной водой) до нейтральной реакции по
индикаторной бумаге.

Сушку осадка до постоянной массы при температуре 60 ˚С.

Исследование полученных проб твердой фазы методом оптической и электронной микроскопии, а
также определение гранулометрических характеристик осадка гидроксида алюминия методом лазерного
рассеяния.
Литература
1. Бричкин В. Н. Элементарные процессы при осаждении гидроксида алюминия. / В. Н. Бричкин, А. И.
Цыбизов. // Записки Горного института, 2006. Т. 169. С. 84-88.
2. Бричкин В. Н. Технологические факторы карбонизации алюминатных растворов. / В. Н. Бричкин, В. М.
Сизяков, А. В. Цыбизов. // Цветные металлы, 2004. № 10. С. 49-52.
3. Панаско Г. А. Влияние интенсивности карбонизации на скорость кристаллизации и качество гидроокиси
алюминия. / Г. А. Панаско, М. Г. Дьяченко, А. В. Кернес. // Производство глинозёма. Труды ВАМИ №
100. Л., 1978. С. 91-99.
4. Карфидов А. Ф. Влияние карбонизации алюминатного раствора с неклассифицированной затравкой на
качество гидроксида алюминия. // Цветные металлы, 1988. № 5. С. 57-61.