Методические указания к лабораторным занятиям для студентов металлургических специальностей

Лабораторная работа № 3 Получение глинозема, содопродуктов и цемента из нефелинов способом спекания

Воспроизвести в лабораторных условиях основные операции технологии переработки нефелинов.

Основным минералом нефелиновых руд и концентратов является нефелин (Na, K)₂O·Al₂O₃·2SiO₂. В составе нефелина содержатся оксиды алюминия, натрия, калия и диоксид кремния.

Нефелин перерабатывают по безотходной технологии, в которой все основные компоненты нефелиновой руды Al₂O₃, (Na, K)₂O и SiO₂ используются для получения полезных продуктов: глинозёма (Al₂O₃), соды (Na₂CO₃), поташа (K₂CO₃) и портландцемента (из шлама от выщелачивания нефелинового спёка).

Нефелиновые руды и концентраты перерабатывают способом спекания (рисунок – 5).

3.1.1 Приготовление нефелиновой шихты. Нефелиновая шихта состоит из двух компонентов: нефелинового концентрата и известняка. Соду в шихту не вводят, так как в самом нефелине содержится количество щелочей (Na₂O+K₂O), достаточное для связывания оксида алюминия в алюминаты натрия и калия. Такая шихта, в которой щелочь рассчитывается только на связывание Al₂O₃, называется «ненасыщенной». Насыщенную шихту (см. 2.1) применяют для переработки высокожелезистых нефелинов.

Известняк (CaCO₃) вводят из расчёта на образование при спекании двухкальциевого силиката, т.е. на одну молекулу кремнезёма в нефелине дозируют две молекулы известняка. На приготовление шихты подаётся также белый шлам от обескремнивания алюминатного раствора.

В лабораторной работе, когда отсутствуют оборотные продукты (белый шлам и др.), расчёт шихты ведётся по уравнению
(30)

Решая уравнение относительно x получим формулу (31) для расчёта количества известняка (x) на 100 кг нефелина

CaO_н и SiO_2н – содержание соответственно CaO и SiO₂ в

нефелине, %;

CaO_изв и SiO_2изв – содержание соответственно CaO и SiO₂ в

известняке, %.

3.1.2 Спекание нефелиновой шихты. Взаимодействия компонентов шихты при спекании. Хорошо измельчённая и тщательно перемешанная шихта спекается в трубчатой вращающейся печи при температуре 1250-1300°С. Взаимодействие нефелина с известняком описывается суммарной реакцией

,

3.1.3 Выщелачивание нефелинового спёка. В нефелиновом спёке относительно небольшое количество водорастворимых алюминатов натрия и калия (~24-26%) находятся в преобладающей массе нерастворимого двухкальциевого силиката (~66-70%). Поэтому, чтобы открыть доступ раствору к поверхности водорастворимых фаз (алюминатов) нефелиновый спёк необходимо хорошо измельчить.

Процессы измельчения и выщелачивания спёка совмещаются в шаровых мельницах. В нефелиновом спёке отношение Na₂O и Al₂O₃ (каустический модуль α_к) близко к единице. Если выщелачивать такой спёк полученными содо-поташными растворами, то будут получаться нестойкие алюминатные растворы с α_к близким к единице. Для повышения стойкости растворов нефелиновые спёки выщелачивают содово-щелочными растворами, полученными после карбонизации с довыкручиванием.

Обескремненный алюминатный раствор содово-щелочной ветви подвергают карбонизации (до появления мути и затем до выкручивания). Выделившийся гидрат после промывки прокаливают, получая глинозём. Маточный раствор после выкручивания (содо-щелочной раствор) направляют на выщелачивание спёка.