Получение глинозема из других видов сырья

29.01.2017

Как указывалось ранее, в качестве сырья для производства глинозема могут быть использованы глины и каолины. В последнее время за границей начинают применять как кислотные, так и щелочные способы их переработки. Остановимся вкратце на способе получения глинозема из глин и мергелей (природных смесей глины с известняком), применяемом в Польше и США.
Исходное сырье — мергель обжигается в трубчатой вращающейся печи при температуре до 1400° С. В случае переработки глины к ней подшихтовывают известняк для получения спека заданного состава.
Продуктом спекания является саморассыпающийся спек, содержащий 16—20% Al2O3, 58—62% CaO и 20—25% SiO2. На тройной диаграмме CaO—Al2O—SiO2 (рис. 22) спек находится в области двухкальциевого силиката и основными минералогическими составляющими его являются двухкальциевый силикат 2CaO.SiO2, моноалюминат кальция CaCXAl2O3 и двенадцатикальциевый алюминат 12СаO.7Аl2O3.
Получение глинозема из других видов сырья

В зависимости от температурных условий, двухкальциевый силикат может существовать в трех модификациях — α, β, и γ. модификация α-2СаО SiO2 устойчива при температуре выше 1420° С, модификация β-2CaO.SiO2 — выше 675° С. При температуре 675° С β-2СаО.SiO2 переходит в γ-2СаО.SiO2. Переход высокотемпературной модификации -2СаО.SiO2 в низкотемпературную γ-2СаО.SiO2 сопровождается увеличением объема примерно на 12%, что и является причиной рассыпания спека, т. е. самопроизвольного превращения его в порошок.
Полученный спек выщелачивается оборотным содовым раствором. При этом происходит разложение алюминатов кальция с переходом Al2O3 в раствор
CaO.Al2O3 + Na2CO3 = 2NaAlO2 + CaCO3,
12СаO.7Аl2O3 + 12Nа2СО3 + 5H2O = HNaAlO2 + 12CaCO3 + 10NaOH.

Одновременно происходит частичное разложение двухкальциевого силиката, а следовательно, и загрязнение раствора кремнеземом. Загрязненный кремнеземом алюминатный раствор отделяют от нерастворимого остатка и обескремнивают. Из очищенного раствора гидроокись алюминия осаждается карбонизацией и кальцинируется с получением готового продукта — глинозема.
Нерастворимый остаток от выщелачивания аналогично шламу, получающемуся при переработке нефелинов, используют для получения быстро схватывающегося цемента.
Возможным сырьем для получения глинозема являются также металлургические шлаки. В нашей стране длительное время применяли способ получения глинозема путем восстановительной плавки бокситов в электропечах с получением ферросилиция (сплава железа с кремнием) и высокоглиноземистого шлака с содержанием 40—50% Al2O3 и не более 7—8% SiO2.
На тройной диаграмме CaO—Al2O3—SiO2 (рис. 22) получающиеся шлаки находятся в области моноалюмината кальция CaO.Al2O3. Наряду с моноалюминатом кальция, в шлаках присутствуют 12СаО. 7Al2O3, 2СаО.SiO2 и незначительные количества плохо разлагающихся содовыми растворами диалюмината кальция CaO.2Аl2O3 и геленита 2СаО.Al2O3.SiO2.
Переработка высокоглиноземистых шлаков на глинозем осуществлялась аналогично переработке спека, полученного путем спекания мергелей.
При доменной плавке некоторых железных руд получаются шлаки, содержащие до 30% Al2O3. Такие шлаки могут быть использованы для получения глинозема. Их можно, например, спекать с содой и известняком с получением спека, состоящего из алюмината натрия и двухкальциевого силиката, с последующим переводом алюмината натрия в раствор, т. е. перерабатывать их способом спекания.
Использование глин, каолинов, шлаков и других алюмосиликатных материалов для получения глинозема не нашло еще широкого применения в мировой алюминиевой промышленности, но при дальнейшем усовершенствовании способов переработки эти виды сырья могут сыграть большую роль.