Физико-химические основы способа Байера. Производство глинозема способом Байера

рисунке 1 представлен общий вид диаграммы растворимости системы Na₂O—Al₂O₃—H₂O для температур ниже 125°С т. е. когда равновесной твердой фазой гидроокиси алюминия является гиббсит (гидраргиллит) А1(ОН)₃. Равновесной твердой фазой гидроокиси при 125—275°С является бемит, а при температурах выше 275°С — диаспор.

Рисунок 1. Диаграммы растворимости системы Na₂O—Al₂O₃—H₂O

Как видно, растворимость окиси алюминия в щелочном растворе с ростом концентрации Na₂O_к сначала растет медленно, а затем очень быстро, достигая максимума в точке В, после которого резко падает.

Изотерма растворимости и линии, соединяющие некоторые характерные точки диаграммы делят ее на следующие четыре области:

I (ниже изотермы) — область устойчивых стабильных ненасыщенных Al₂O₃ растворов;

II – ограничена левой ветвью изотермы АВ, линией АР, т. е. линией α_к = 1,0 (растворы алюмината натрия с каустическим модулем ниже единицы теоретически существовать не могут) и линией РВ; область характеризуется наличием двух фаз: твердой — гидросидом алюминия и жидкой — пересыщенным неустойчивым алюминатным раствором, находящимся в равновесии с гиббситом А1(ОН)₃ (для температур примерно до 125° С) и бемитом (для температур выше 125° С).

III – ограничена  правой ветвью изотермы ВС и линиями BS и NC; соответствует составам растворов, пересыщенных гидроалюминатом натрия.

IV – находится в треугольнике BPS; соответствует алюминатным растворам, пересыщенным одновременно гиббситом и гидроалюминатом; состав раствора этой области изменяется по мере кристаллизации твердых фаз до состава точки В.

1.2 Физические свойства алюминатных растворов

Вязкость. Вязкость алюминатных растворов до 100˚ С измеряли вискозиметром Оствальда, а при 100—250° С — методом   груза. Вязкость алюминатных растворов возрастает с увеличением концентраций и понижением температуры.

Плотность. Величинами плотности алюминатных растворов часто приходится пользоваться в научных и практических расчетах, так как в справочной литературе концентрация растворов выражается как в процентах по массе, так и в граммах на литр.

Теплопроводность. Для технологических расчётов пользуются значениями средней теплоёмкости с_р, а для термодинамических исследований – истинной удельной теплоёмкости с_р.

При температурах до 100˚ С теплоёмкость измерена с помощью калориметра Вреневского, а от 100 до 300˚ С – методом сбрасывания нагретой ампулы с раствором в массивный калориметр с изотермической оболочкой.

Давление пара. Давление пара над алюминатными растворами определено В.П. Машовцом с сотрудниками статистическим методом.

1.3 Строение алюминатных растворов

Поведение растворов алюмината натрия весьма своеобразно и не похоже на поведение растворов большинства солей. Основные особенности поведения растворов алюмината натрия следующие:

1) алюминатные метастабильные растворы могут длительное время быть прозрачными, если их не перемешивать с затравкой гидроксида алюминия;

2) алюминатные растворы одного и того же состава могут быть устойчивыми и неустойчивыми в зависимости от температуры; для растворов различной концентрации при одной и той же температуре характерны различные а_к, при которых растворы становятся устойчивыми.

Особенности поведения алюминатных растворов обусловлены спецификой