Соединения сопутствующих элементов

алюминий гидролиз раствор полиморфный При производстве глинозема из руд щелочными способами в результате взаимодействия между отдельными компонентами шихты, кроме алюминатов натрия и калия, образуется целый ряд других соединений, которые мы назовем соединениями сопутствующих элементов [15]. К их числу относятся силикат натрия, алюмосиликат натрия, двухкальциевый силикат, алюминаты кальция и др.

Силикат натрия образуется в результате взаимодействия кремнезема с раствором щелочи, а также при нагреве до высокой температуры смеси кремнезема с содой:

SiO2 + 2NaOH = Na2SiО3 + Н2О,.

SiO2 + Na2СO3 = Na2O * SiO2 + CO2.

Силикат натрия хорошо растворяется в воде и щелочных растворах [15−16]. При наличии в растворе алюмината натрия происходит его взаимодействие с силикатом натрия с образованием алюмосиликата натрия:

2NaAlO2 + 2Na2SiO3 + 4Н2О = Na2O * А12О3 * 2SiO2 * 2H2O + 4NaOH.

В алюминатных растворах натриевый алюмосиликат имеет ограниченную растворимость, которая зависит от концентрации Аl2О3 в растворе и мало зависит от температуры. Натриевый алюмосиликат, подобно алюминату натрия, способен образовывать пересыщенные растворы. Кристаллизация алюмосиликата из пересыщенного раствора идет медленно, поэтому для достижения равновесной концентрации требуется продолжительное время.

Феррит натрия образуется в результате взаимодействия окиси железа с содой при температуре выше 700 °С:

Fe2O3 + Na2CO3 = Na2O * Fе2O3 + CO2.

При соприкосновении с водой феррит натрия подвергается гидролизу с образованием нерастворимой гидроокиси железа:

Na2O * Fe2O3 + 4Н2О = 2Fe (OH)3 + 2NaOH.

Скорость разложения феррита натрия увеличивается с повышением температуры поды [14]. Например, при обработке тонкоизмельченного феррита натрия водой при 75 °C феррит натрия за полчаса разлагается на 85%, а при температуре воды 50 °C — только на 31%.

Двухкальциевый силикат образуется в результате взаимодействия кремнезема с окисью кальция при высокой температуре (выше 1100 °С):

2СаО + SiO2 = 2СаО * SiO2.

В зависимости от температурных условий двухкальциевый силикат может существовать в трех модификациях — б, в и г; модификация б-2СаО*SiO2 устойчива выше 1420 °C, модификация в-2CaO*SiO2 — выше. 675 °C. При 675 °C в-2CaO*SiO2 переходит в г-2СаО*SiO2. Переход высокотемпературной модификации в-2CaO*SiO2 в низкотемпературную г -2CaO*SiO2, сопровождается увеличением объема примерно на 12%, что является причиной рассыпания спека, т. е. самопроизвольного превращения его в порошок. При быстром охлаждении в-модификация саморассыпания продукта не происходит, так как в-модификация не успевает перейти в г-модификацию. Это явление носит название «закаливания» в-модификации.

Алюминаты кальция. В системе СаО — А12О3 существует несколько химических соединений: СаО * А12О3 — однокальциевый алюминат, 5СаО * 3А12О3 — пятикальциевый трехалюминат, 3СаО*5А12О3 — трехкальциевый пятиалюминат. Образуются алюминаты кальция при нагревании смеси СаО с Al2O3 до 1000 — 1100 °C и выше [10].

В воде и в растворе едкого натра алюминаты кальция не растворяются, но подвергаются гидратации с образованием нерастворимого трехкальциевого гидроалюмината:

3 (СаО * А12О3) + 12Н2О = 3СаО * A12O3 * 6Н2О + 4Аl (ОН)3.

В растворе соды алюминаты кальция, а также трехкальциевый гидроалюминат способны растворяться с образованием алюмината натрия, переходящего в раствор, и углекислого кальция, остающегося в осадке:

СаО * А12О3 + Nа2СО3 = 2NaAlO2 + CaCO3,.

3СаО * Al2O3 * 6Н2О + 3Na2CO3 = 2NaAlO2 + 3СаСО3 + 4NaOH + 4H2O.