способ переработки нефелинового концентрата

Формула изобретения

Способ переработки нефелинового концентрата, включающий разложение его серной кислотой, отделение и промывку нерастворимого остатка, выделение из раствора алюминия в виде квасцов, отмывку их от примесей, термическую обработку квасцов и выделение из прокаленного продукта глинозема, отличающийся тем, что в раствор вводят сульфаты калия или аммония и алюминий выделяют в виде калиевых или калиевых и аммонийных квасцов. а маточный раствор после отделения квасцов нейтрализуют, выделяют смесь гидроксидов алюминия и железа и упариванием выделяют сульфат натрия.

Описание изобретения к патенту

Способ относится к технологии переработки алюмосиликатного сырья, в частности к получению глинозема из нефелинсодержащего сырья, преимущественно нефелина или нефелинсодержащих концентратов, например хвостов апатитовой флотации.

Известен способ получения глинозема спеканием нефелинсодержащего концентрата с известняком и последующим выщелачиванием алюминатов (Талмуд М.Л. Нефелин - новый вид комплексного сырья // Бюллетень ЦНИИНЦМ 8 /85/ - 1957 - с. 30-34). Способ отличается высокими экономическими показателями за счет комплексного использования всех компонентов и безотходного производства.

Недостатками способа являются его громоздкость, высокий расход известняка и повышенные требования к нему, высокие энергозатраты, недостаточно высокое качество глинозема по содержанию примесей железа, щелочей, кремния.

Наиболее близок по сущности способ (Ю.А. Лайнер. Комплексная переработка алюминий-содержащего сырья кислотными способами. М.: Наука - 1982 - с.184), включающий сернокислотное разложение нефелинового концентрата, выделение алюмокалиевых квасцов, очистку квасцов от железа перекристаллизацией и (или) промывкой раствором сульфата калия, термообработку с получением смеси глинозема и сульфата калия, отмывку глинозема от сульфата калия, выделение алюмонатриевых квасцов и их термообработку с получением алюминатов натрия и переработку алюминатов на глинозем. Рекомендуется для улучшения очистки от железа восстанавливать Fe⁺³ до Fе⁺².

Недостатком способа является то, что лишь четверть всего алюминия, содержащегося в нефелине, выделяется в виде чистых алюмокалиевых квасцов, из которых непосредственно выделяют глинозем, пригодный для различных областей техники. Основная же часть алюминия выделяется в виде натриевых квасцов вместе со всеми кислоторастворимыми примесями нефелина. Поэтому выделение из них глинозема требует дополнительных операций очистки от примесей, по сути, проведение цикла по способу Байера. Недостатком способа является также использование для отмывки квасцов раствора сульфата калия, т.к. далее потребуется очистка сульфата калия от алюминия.

Настоящее изобретение направлено на усовершенствование способа сернокислотной переработки нефелина или нефелинсодержащего концентрата и на повышение качества получаемого глинозема.

Поставленная задача решается тем, что в способе переработки нефелина или нефелинсодержащего концентрата, включающем разложение его серной кислотой, отделение и промывку нерастворимого остатка, выделение из раствора алюминия в виде квасцов, отмывку их от примесей, термическую обработку квасцов и выделение из прокаленного продукта глинозема, согласно изобретению в раствор вводят сульфаты калия или аммония и алюминий выделяют в виде калиевых или калиевых и аммонийных квасцов, а маточный раствор после отделения квасцов нейтрализуют, выделяют смесь гидроксидов алюминия и железа и упариванием выделяют сульфат натрия.

Выделение алюминия в виде хорошо кристаллизующихся калиевых и амонийных квасцов позволяет очистить их от примесей промывками и перекристаллизацией до необходимой нормы. Отработанные промывные растворы используются для выщелачивания глинозема и для промывки нерастворимого остатка. Использование оборотных растворов для выщелачивания и промывки способствует формированию хорошо фильтрующегося осадка и позволяет вернуть в процесс глинозем, растворенный в промывках, а также позволяет избежать пересыщения раствора и кристаллизации квасцов на фильтре при вакуумной фильтрации.

Таким образом, помимо нерастворимого остатка, потери глинозема могут быть только с сбросным маточником после осаждения квасцов из раствора выщелачивания, поэтому остающийся после осаждения квасцов алюминий, 5-10% от его содержания в нефелинсодержащем сырье, осаждают вместе с железом нейтрализацией раствора содой или известью до рН 7-8. Осадок, содержащий смесь гидроксидов алюминия и железа и в котором сконцентрирован галлий, может быть переработан на глинозем или коагулянт известными методами. Из раствора упариванием может быть выделен сульфат натрия.

В качестве нефелинсодержащего концентрата может быть применен нефелиновый концентрат или другие нефелинсодержащие продукты, например хвосты апатитовой флотации (ХАФ), которые в настоящее время сбрасываются в хвостохранилище.

Сущность изобретения может быть пояснена следующими примерами.

Пример 1.

100 г нефелинового концентрата, состава, мас.%: Аl₂О₃-27,9; SiO₂-44,1; Na₂O-13,9; К₂О-6,9; Fе₂О₃-3,4, смешивают с 100 г 93%-ной серной кислоты и 45 мл воды, полученную реакционную смесь распульповывают в 400 мл воды и выщелачивают при 90^oС 1 час. Осадок отфильтровывают (время фильтрации - 25 мин), промывают репульпацией 100 мл воды, отфильтровывают и промывают на фильтре водой. Получают 480 мл раствора, содержащего, г/л: Аl₂О₃-52,2; Na₂O-22,4; К₂О-11,8; Fе₂O₃-2,8. Извлечение алюминия в раствор составило 89%. Вес влажного осадка - 142 г.

В раствор вводят при перемешивании 35 г сульфата калия, пульпу охлаждают до 20^oС, выделившиеся алюмокалиевые квасцы отфильтровывают, вес квасцов - 230 г, объем маточника - 305 мл. Квасцы дважды промывают репульпацией по 500 мл холодной воды, растворяют при нагревании в 500 мл воды, выделившиеся при охлаждении квасцы отфильтровывают и промывают на фильтре холодной водой. Получают 113 г квасцов. Квасцы прокаливают 1 час при 850^oС и прокаленный продукт при перемешивании обрабатывают тремя порциями по 300 мл горячей воды, из первой порции промывного раствора упариванием выделяют 16,5 г сульфата калия. Отмытый оксид алюминия отфильтровывают и прокаливают при 800^oС. Вес полученного оксида алюминия - 10,5 г, форма - корунд. Содержание примесей, мас.%: Fе₂O₃-0,027; K₂O-0,25; Si0₂<0,01.2O₃-48,3 мас.%, Fе₂O₃-27,4 мас.%, Gа₂О₃-0,01 мас.%.

Раствор после отделения гидроксидов алюминия и железа упаривают до 135 мл, после охлаждения до 18^oС выделяют 55 г сульфата натрия.

Пример 2.

100 г нефелинового концентрата разлагают 100 г серной кислоты, но кислоту разбавляют до 70%-ной 45 мл первого промывного раствора и для выщелачивания и репульпации используют первый промывной раствор примера 1. Время фильтрации - 5 мин, скорость фильтрации - 950 куб. м/м²ч. Получают 720 мл раствора и 127 г нерастворимого остатка. В раствор при перемешивании и охлаждении до 15^oС вводят 27 г сульфата аммония. Выделившуюся смесь калиевых и аммонийных квасцов отфильтровывают, вес квасцов - 255 г, объем маточника - 520 мл. Квасцы промывают репульпацией последовательно двумя порциями растворов от примера 1 (промывным и маточным после перекристализации), растворяют при нагревании в 500 мл воды и выделившиеся при охлаждении квасцы отфильтровывают и промывают на фильтре холодной водой. Получают 226 г квасцов. Квасцы прокаливают 1 час при 850^oС и прокаленный продукт при перемешивании обрабатывают тремя порциями по 300 мл горячей воды, из первой порции промывного раствора упариванием выделяют 20,6 г сульфата калия. Осадок оксида алюминия отфильтровывают и прокаливают при 800^oС. Получают 23,8 г гаммаглинозема. Содержание примесей, мас.%: Fе₂О₃-0,023; К₂О-0,14; SiO₂<0,01. Извлечение глинозема - 86,4%.

Раствор после выделения квасцов нейтрализуют содой до рН 8,5 и выделившийся осадок отфильтровывают. Вес сухого осадка - 5,7 г, содержание Аl₂O₃-38,3 мас.%, Fe₂О₃-24,6 мас.%.

Раствор после отделения гидроксидов алюминия и железа упаривают до 120 мл, после охлаждения до 18^oС выделяют 69 г сульфата натрия.

Пример 3.

100 г нефелинового концентрата разлагают, как в примере 2. Но для выщелачивания и репульпации используют растворы примера 2. Скорость фильтрации - 945 куб. м/м²ч. Получают 700 мл раствора и 148 г нерастворимого остатка. В раствор при перемешивании и охлаждении до 15^oС вводят 27 г сульфата аммония. Выделившуюся смесь калиевых и аммонийных квасцов отфильтровывают, вес квасцов - 252 г, объем маточника - 505 мл. Квасцы промывают репульпацией последовательно двумя порциями растворов от примера 2 (промывным и маточным после перекристализации), растворяют при нагревании в 500 мл воды, выделившиеся при охлаждении квасцы отфильтровывают и снова растворяют в 500 мл воды, закристаллизовывают и промывают на фильтре холодной водой. Получают 220 г квасцов. Квасцы прокаливают 1 час при 850^oС и прокаленный продукт при перемешивании обрабатывают тремя порциями по 300 мл горячей воды, из первой порции промывного раствора упариванием выделяют 10,7 г сульфата калия. Осадок оксида алюминия отфильтровывают и прокаливают при 800^oС. Получают 23,6 г гамма-глинозема. Содержание примесей, мас. %: Fе₂О₃-0,009; К₂О-0,04; SiО₂<0,01. Извлечение глинозема - 85,8%.

Раствор после выделения квасцов нейтрализуют содой до рН 8,5 и выделившийся осадок отфильтровывают. Вес сухого осадка - 6,1 г, содержание Аl₂O₃-39,3 мас.%, Fе₂O₃-21,2 мас.%.

Раствор после отделения гидроксидов алюминия и железа упаривают до 130 мл, после охлаждения до 18^oС выделяют 70 г сульфата натрия.

Пример 4.

100 г нефелинового концентрата разлагают, как в примере 3, кислоту разбавляют до 70%-ной 45 мл первого промывного раствора и для выщелачивания и репульпации используют растворы примера 3. Скорость фильтрации -1060 м³/м²ч. Получают 705 мл раствора и 131 г нерастворимого остатка. Раствор охлаждают до 20^oС, вес выделившихся калиевых квасцов 56 г. Квасцы отфильтровывают, промывают репульпацией последовательно тремя порциями по 150 мл растворов от примера 3 (промывным и маточным после перекристализации), растворяют при нагревании в 150 мл раствора 2-й перекристаллизации и выделившиеся при охлаждении квасцы отфильтровывают и промывают на фильтре холодной водой. Получают 52 г калиевых квасцов. Квасцы прокаливают 1 час при 850^oС и прокаленный продукт при перемешивании обрабатывают тремя порциями по 150 мл горячей воды. Осадок отфильтровывают и прокаливают при 800^oС. Вес полученного оксида алюминия - 5,1 г, корунд. Содержание примесей, мас.%: Fе₂О₃-0,035; К₂О-0,3; SiO₂<0,1.oС и прокаленный продукт при перемешивании обрабатывают четырьмя порциями по 300 мл горячей воды. Осадок отфильтровывают и прокаливают при 800^oС. Вес полученного оксида алюминия - 18,1 г, гамма-глинозем. Содержание примесей, мас. %: Fе₂O₃-0,009; К₂O-0,03; SiO₂<0,01.2О₃-49,2 мас.%, Fе₂O₃-28,3 мас.%.

Раствор после отделения гидроксидов алюминия и железа упаривают до 140 мл, после охлаждения до 16^oС выделяют 79 г сульфата натрия.

Пример 5.

100 г хвостов апатитовой флотации (ХАФ), состава, мас.%: Аl₂О₃-21,7; SiO₂-41,1; Na₂O-11,3; К₂О-6,2; Fе₂O₃-8,4; P₂O₅-2,4 смешивают с 100 г 70%-ной серной кислоты, полученную реакционную смесь распульповывают в 300 мл маточника от первой перекристаллизации примера 4 и выщелачивают при 90^oС 0,5 часа. Осадок отфильтровывают (время фильтрации - 3 мин), промывают репульпацией 100 мл маточника от перекристаллизации квасцов примера 4, отфильтровывают и промывают на фильтре водой. Вес влажного осадка - 136 г. В полученные 380 мл раствора вводят при перемешивании 24 г сульфата аммония, пульпу охлаждают до 18^oС, выделившиеся квасцы отфильтровывают и промывают на фильтре маточником от перекристаллизации примера 4. Вес квасцов - 142 г, объем маточника - 285 мл. Квасцы растворяют при нагревании в 250 мл раствора 2-й перекристаллизации, выделившиеся при охлаждении квасцы снова перекристаллизовывают в 250 мл горячей воды, отфильтровывают и промывают на фильтре холодной водой. Получают 122 г квасцов. Квасцы прокаливают 1 час при 900^oС и прокаленный продукт при перемешивании обрабатывают тремя порциями по 150 мл горячей воды. Отмытый оксид алюминия отфильтровывают и прокаливают при 800^oС. Вес полученного оксида алюминия - 13,8 г. Содержание примесей, мас.%: Fе₂О₃-0,013; К₂О-0,05; SiO₂<0,01. Извлечение в глинозем не рассматривается, т.к. 15-20% алюминия в ХАФ связано с кислотонерастворимыми минералами.

Основной маточник после выделения квасцов, содержащий 2,7 г/л Аl₂O₃ и 4,7 г/л Fе₂O₃, обрабатывают при перемешивании СаО до рН 7,5 и осадок отфильтровывают. Вес осадка - 31,2 г, содержание Аl₂О₃-2,4 мас.%, Fe₂O₃-4,2 мас. %.

Раствор после отделения осадка упаривают до 95 мл, после охлаждения до 15^oС выделяют 51 г сульфата натрия.

Приведенные примеры свидетельствуют, что по предлагаемому способу из нефелинсодержащего сырья, в том числе из отходов обогащения апатита, хвостов апатитовой флотации, можно получать глинозем, по содержанию основных лимитирующих примесей превосходящий лучшие сорта технического глинозема. Учитывая, что потери могут быть только с маточным раствором, выход качественного глинозема должен быть достаточно высок.

При переработке нефелина доизвлечением из маточника дополнительно выделяется около 7% глинозема при концентрировании галлия примерно в 10 раз. Использование промывных растворов для выщелачивания способствует улучшению фильтрации в 4-5 раз.

Сульфаты калия или аммония для осаждения квасцов являются оборотными, образующимися соответственно при промывке прокаленного продукта, содержащего смесь глинозема и сульфата калия или прокаливании аммонийных квасцов при 550-600^oС.