способ получения оксида алюминия

Формула изобретения

1. Способ получения оксида алюминия из алюмосиликатного сырья путем его прокаливания, размола, последующего выщелачивания азотной кислотой и очистки раствора азотнокислого алюминия от железа введением нитратного крокуса, отличающийся тем, что выщелачивание азотной кислотой ведут при температуре кипения раствора до достижения рН раствора не выше 1,5, перед введением нитратного крокуса к полученному раствору азотнокислого алюминия добавляют двухосновной нитрат алюминия до нейтрализации избытка кислоты и выделения осадка гидроксида железа, полученный продукт фильтруют, в полученный раствор вводят нитратный крокус в количестве не менее двадцатикратного избытка в пересчете на остаточное количество оксида железа, после введения нитратного крокуса раствор выдерживают в течение не менее одного часа при температуре кипения, полученный продукт фильтруют, подвергают термическому гидролизу при температуре не выше 330^oС, отделяют от полученного продукта соединения щелочных и щелочноземельных металлов, а твердый остаток прокаливают до получения оксида алюминия.

2. Способ получения оксида алюминия по п.1, отличающийся тем, что отделение соединений щелочных и щелочноземельных металлов после термического гидролиза ведут в дистиллированной воде при температуре 70-80^oС путем перемешивания и последующей фильтрации полученной суспензии.

3. Способ получения оксида алюминия по п.1, отличающийся тем, что термический гидролиз ведут с возвратом азотной кислоты на выщелачивание.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к неорганической химии, а именно к способам получения оксида алюминия из руд, содержащих алюминий, обработкой азотной кислотой, и может быть использовано в металлургии цветных металлов для получения алюминия.

Известен способ получения оксида алюминия из алюмосиликатного сырья путем его прокаливания, размола, последующего выщелачивания азотной кислотой и очистки азотнокислого раствора алюминия от железа путем нагревания при температуре 150^oС в автоклаве (см. Лайнер Ю.А., Исматов X.Р., Сутырин Ю.Е. Физико-химические основы технологии автоклавной переработки алюминиевого сырья. В кн. Гидрометаллургия. Автоклавное выщелачивание, сорбция, экстракция. М.: Наука, 1976, с. 60-69).

Недостатком способа является необходимость применения автоклавной обработки, что усложняет аппаратурно-технологическую схему процесса.

Наиболее близким по технической сущности и достигаемому результату к заявляемому является способ получения оксида алюминия из алюмосиликатного сырья путем его прокаливания, размола, последующего выщелачивания азотной кислотой при 160^oС в автоклаве и очистки раствора азотнокислого алюминия от железа введением нитратного крокуса (см. Макарова В.С., Чижиков Д.М., Лайнер Ю. А. Очистка растворов азотнокислого алюминия от железа. В кн. Исследование процессов в металлургии цветных и редких металлов. М.: Наука, 1969, с. 200-205).

Недостатком способа является необходимость применения автоклавной обработки, что усложняет аппаратурно-технологическую схему процесса.

Технической задачей, решаемой заявляемым изобретением, является упрощение аппаратурно-технологической схемы процесса за счет исключения автоклавной обработки, при содержании железа в конечном продукте не выше 0,05% (в пересчете на оксид железа).

Поставленная техническая задача решается за счет того, что в способе получения оксида алюминия из алюмосиликатного сырья путем его прокаливания, размола, последующего выщелачивания азотной кислотой и очистки раствора азотнокислого алюминия от железа введением нитратного крокуса, согласно изобретению выщелачивание азотной кислотой ведут при температуре кипения раствора до достижения рН раствора не выше 1,5, перед введением нитратного крокуса к полученному раствору азотнокислого алюминия добавляют двухосновной нитрат алюминия до нейтрализации избытка кислоты и выделения осадка гидроксида железа, полученный продукт фильтруют, в полученный раствор вводят нитратный крокус в количестве не менее двадцатикратного избытка в пересчете на остаточное количество оксида железа, после введения нитратного крокуса раствор выдерживают в течение не менее одного часа при температуре кипения, полученный продукт фильтруют, подвергают термическому гидролизу при температуре не выше 330^oС, отделяют от полученного продукта соединения щелочных и щелочноземельных металлов, а твердый остаток прокаливают до получения оксида алюминия, при этом отделение соединений щелочных и щелочноземельных металлов после термического гидролиза ведут в дистиллированной воде при температуре 70-80^oС путем перемешивания и последующей фильтрации полученной суспензии, а термический гидролиз ведут с возвратом азотной кислоты на выщелачивание.

Проведение очистки раствора азотнокислого алюминия, полученного после выщелачивания азотной кислотой алюмосиликатного сырья, от железа в две стадии (первая - введение двухосновного нитрата алюминия до нейтрализации избытка кислоты и выделения осадка гидроксида железа, вторая - введение нитратного крокуса в количестве не менее двадцатикратного избытка в пересчете на оксид железа и выдержке в течение не менее 1 часа при температуре кипения), а также термический гидролиз раствора азотнокислого алюминия и отделение соединений щелочных и щелочноземельных металлов обеспечивает содержание железа в конечном продукте не выше 0,05% (в пересчете на оксид железа) и позволяет проводить выщелачивание алюмосиликатного сырья азотной кислотой при температуре кипения раствора, т.е. без автоклавной обработки.

Моделирование способа получения оксида алюминия вели в лабораторных условиях.

В качестве исходного алюмосиликатного сырья использовали аргиллит Волчанского угольного разреза следующего состава:

SiO₂ - 51,13%; Al₂O₃ - 24,70%; TiO₂ - 0,95%

Fe₂O₃ - 7,50%; CaO - 0,58%; Na₂O + K₂O - 1,29% ппп - 12,1%.

Исходное сырье подвергали прокалке в течение одного часа при температуре 750^oС и последующему размолу до размера частиц 0,5 мм. В реактор помещали 100 г полученного продукта, добавляли 118 мл 56%-ной азотной кислоты, 61 мл воды и вели выщелачивание азотной кислотой при кипении раствора в течение трех часов. В качестве реактора использовали двугорлую колбу, в одно отверстие которой вводили мешалку с гидрозатвором, другое отверстие присоединяли к холодильнику - конденсатору паров воды и кислоты.

Полученную пульпу фильтровали на нутч-фильтре - воронке Бюхнера с фильтрующим полотном-бельтингом. В растворе, содержащем нитраты люминия, железа (3), щелочных и щелочноземельных металлов, значение рН составляло 1,0, содержание железа составляло 4,5 г (в пересчете на оксид железа).

Полученный раствор помещался в реактор и нагревался до кипения. В качестве реактора использовалась трехгорлая колба, в одно отверстие которой вводили мешалку с гидрозатвором, другое отверстие присоединяли к холодильнику-конденсатору, третье отверстие предназначалось для введения осадителя. К кипящему раствору добавляли 33% суспензию двухосновного нитрата алюминия в количестве 33 мл порциями по 3 мл с интервалом в 3 минуты. После введения последней порции двухосновного нитрата алюминия раствор выдерживали при температуре кипения в течение 30 минут, вводили коагулянт Praestol 2500 в количестве 1,5 мл (из расчета 10 мг на 1 литр раствора), фильтровали на нутч-фильтре. В полученном растворе содержание железа составляло 0,061 г (в пересчете на оксид железа).

Полученный раствор помещали в реактор и нагревали до кипения. В качестве реактора использовалась трехгорлая колба, в одно отверстие которой вводили мешалку с гидрозатвором, другое отверстие присоединяли к холодильнику-конденсатору, третье отверстие предназначалось для введения осадителя. К кипящему раствору добавляли нитратный крокус в количестве 1,22 г, что соответствует его двадцатикратному избытку в пересчете на остаточное количество оксида железа, выдерживали при температуре кипения в течение 1 часа и фильтровали.

Полученный раствор подвергался термическому гидролизу в закрытой печи без доступа воздуха при температуре 300^oС в атмосфере водяного пара при непрерывном перемешивании в течение 15 минут. Образующиеся пары воды, азотной кислоты, оксидов азота выводились из печи и конденсировались. Полученная азотная кислота использовалась для выщелачивания новых порций алюмосиликатного сырья.

От продукта, полученного в результате термического гидролиза, отделяли соединения щелочных и щелочноземельных металлов. Для этого продукт, полученный в результате термического гидролиза, смешивали с дистиллированной водой при температуре 80^oС и перемешивали в течение 30 минут. Полученную суспензию фильтровали. Раствор содержал соединения щелочных и щелочноземельных металлов, а твердый осадок прокаливали в шнековой печи при перемешивании в течение 1 часа при температуре 1000^oС. В полученном в результате прокаливания оксиде алюминия содержание железа составляло 0,048% (в пересчете на оксид железа). Определение содержания железа (в пересчете на оксид железа) производили в соответствии с ГОСТ 30558-98 (Межгосударственный стандарт. Глинозем металлургический. Технические условия) и ГОСТ 255422-99 (Глинозем. Метод определения оксида железа).

Как видно из приведенного примера, заявляемый способ получения оксида алюминия позволяет получить конечный продукт с содержанием железа не более 0,05% (в пересчете на оксид железа) при упрощении аппаратурно-технологической схемы процесса за счет исключения автоклавной обработки.

Использование заявляемого способа получения оксида алюминия обеспечивает следующие технико-экономические преимущества:

- содержание железа в конечном продукте не более 0,05% (в пересчете на оксид железа), что позволяет использовать его непосредственно для получения алюминия,

- упрощение аппаратурно-технологической схемы процесса за счет исключения автоклавной обработки,

- обеспечение полной регенерации азотной кислоты, получающейся в результате реакции на стадии термического гидролиза, ее повторное использование, что полностью устраняет жидкие и газообразные отходы реакции, улучшает условия труда и сохранность окружающей среды,

- возможность приготовления нитратного крокуса из осадков оксида железа, что обеспечивает их повторное использование,

- возможность использования полученных соединений щелочных и щелочноземельных металлов в качестве нитратных удобрения,

- возможность получения железооксидных пигментов из осадка гидроксида железа, выделяемой на первой стадии способа,

- возможность использования в качестве наполнителя в производстве строительных материалов остатка силиката, выделяемого на первой стадии способа,

- использование в качестве исходного сырья для получения оксида алюминия отходов угледобычи - аргиллита.