Спекание боксита с содой и известняком

29.01.2017

В процессе спекания шихта испытывает сложные физико-химические изменения. Прежде всего из нее удаляется гигроскопическая и химически связанная влага, затем происходят химические взаимодействия между отдельными компонентами шихты.
При температуре порядка 700° С глинозем и окись железа, содержащиеся в боксите, начинают взаимодействовать с содой, образуя алюминат и феррит натрия
Al2O3 + Na2CO3 = Na2O*Al2O3 + CO2,
Fe2O3 + Na2CO3 = Na2O*Fe2O3 + CO2.

При низких температурах преобладает образование феррита натрия, но при повышении температуры до 900° С происходит вытеснение окисью алюминия окиси железа из феррита
Na2O*Fe2O3 + Al2O3 = Na2O*Al2O3 + Fe2O3.

Следовательно, при высоких температурах сода в первую очередь будет идти на образование алюмината натрия.
При температуре около 800° С в результате взаимодействия соды с кремнеземом может происходить образование силиката натрия
Na2CO3 + SiO2 = Na2O*SiO2 + CO2.

При дальнейшем повышении температуры силикат натрия взаимодействует с алюминатом натрия с образованием натриевого алюмосиликата Na2O*Al2O3*2SiО2. Однако в присутствии извести последний в большей части своей разлагается по реакции
Na2O*Al2O3*SiO2 + 4СаО = NaAlO2 + 2(2CaО*SiО2).

При температуре выше 1100° C идет реакция между окисью кальция и кремнеземом с образованием двухкальциевого силиката 2СаО*SiO2, в который и переходит большая часть кремнезема боксита;
2СаО + SiO2 = 2СаО*SiO2.

Двуокись титана, присутствующая в боксите в незначительном количестве, взаимодействует при высокой температуре с содой и известью с образованием титанатов натрия и кальция: Na2O*TiO2 и CaO*TiO2.
Таким образом, основными составляющими продукта спекания (спека) являются: Na2O*Al2O3, Na2O*Fe2O3 и 2СаО*SiO2.
Для получения спека такого состава в шихту необходимо вводить: один моль Na2CO3 на один моль Al2O3, один моль Na2CО3 на один моль Fe2O3 и два моля CaCO3 на один моль SiO2.
Процесс спекообразования происходит при постепенно повышающейся температуре. При низких температурах он протекает между твердыми веществами. При высоких температурах в процессе спекообразования начинает участвовать некоторое количество жидкой фазы, которая образуется в результате расплавления легкоплавких компонентов шихты. Образующиеся капли расплава связывают между собой частицы спекаемого материала, благодаря чему спек получается в виде механически прочных пористых кусков.
Спекание боксито-содово-известковой шихты осуществляется в трубчатых вращающихся печах, аналогичных печам кальцинации. Печи могут отапливаться мазутом, генераторным газом или угольной пылью.
Полученная в мельницах мокрого помола пульпа непосредственно подается в печь с помощью специальных пульповых форсунок под давлением 10—15 ат.
Выходя из форсунки, пульпа образует факел длиной до 10 м и более, состоящий из мельчайших капель пульпы, что обеспечивает сушку пульпы во взвешенном состоянии.
В печи материал проходит последовательно следующие температурные зоны: обезвоживания, кальцинации, спекания и охлаждения.
В зоне обезвоживания (температура материала от 20 до 300° С) из шихты удаляется влага. В зоне кальцинации (300—900° С) происходит разложение CaCO3 и начинаются реакции спекообразования. Зона спекания характеризуется наиболее высокой температурой. Температура газового потока здесь достигает 1600—1650° С, а температура материала — 1100—1200° С. В этой зоне заканчиваются все реакции спекообразования. В зоне охлаждения, расположенной в нижней части барабана перед огневым факелом, температура газового потока снижается до 1500—1520° С.
Из печного барабана спек пересыпается в холодильник, где охлаждается, и затем с помощью пластинчатого транспортера подается на дробление.
Топочные газы, уходящие из печи, содержат значительное количество пыли, их подвергают обеспыливанию.