щелочно-кислотный способ получения глинозема из высококремнистых алюминиевых руд

Формула изобретения

Щелочно-кислотный способ получения глинозема из высококремнистых алюминиевых руд, алюмосодержащие составляющие которых разлагаются при выщелачивании породы, и при этом образуются гидроалюмосиликаты щелочных металлов, отличающийся тем, что эти гидроалюмосиликаты разлагают путем обработки шлама слабым раствором сильной кислоты при низких температурах с целью перевода алюминия и щелочных металлов в раствор и последующего выделения из раствора гидроокиси алюминия.

Описание изобретения к патенту

Известен кислотный способ переработки сынныритов на нитрат калия и глинозем, в котором породу перед разложением азотной кислотой обрабатывают раствором едкого кали с целью частичного разложения алюмосодержащей составляющей породы. Способ ограничен одним видом руды и кислоты и трудно осуществим, как и все кислотные способы получения глинозема, из-за применения растворов кислот высоких концентраций при относительно высоких температурах.

Цель изобретения - универсальный способ получения глинозема из различных высококремнистых алюминиевых руд, основанный на использовании растворов кислот низкой концентрации и при низких температурах.

Традиционно, такие руды перерабатывают либо способом спекания /нефелины, сиениты/, либо комбинированным способом Байер-спекание /бокситы/. Переработка высококремнистых бокситов простым выщелачиванием по способу Байера нерентабельна, т.к. образующиеся гидроалюмосиликаты примерного состава Na ₂O·Al₂O₃·2SiO₂ ·2H₂O снижают выход глинозема.

Возможен логически иной подход к проблеме переработки высококремнистых алюминиевых руд. Нами установлено, что гидроалюмосиликаты щелочных металлов, устойчивые в щелочной среде, легко разлагаются в слабых растворах кислот даже при низких температурах с переводом алюминия и щелочных металлов в раствор в виде соответствующих солей, а кремния в осадок. При этом тип кислоты не имеет значения. Кислота должна быть достаточно сильной, чтобы образовалась устойчивая соль с амфотерной гидроокисью алюминия. На этом свойстве основан предлагаемый способ получения глинозема из высококремнистых алюминиевых руд.

Суть его заключается в следующем.

Алюминиевую руду обрабатывают /выщелачивают/ оборотным раствором в условиях, которые обеспечивают практически полное разложение алюмосодержащей составляющей породы и образование гидроалюмосиликатов. Отделенный от маточника шлам обрабатывают 3-4% раствором сильной кислоты при температуре 20-40 градусов для разложения гидроалюмосиликатов и перевода алюминия и щелочных металлов в раствор. Способы выделения гидроокиси алюминия из сернокислых, солянокислых и азотнокислых растворов известны. Они достаточно глубоко проработаны и описаны.

Достоинства щелочно-кислотного способа:

1. Отсутствует процесс спекания и все, что с ним связано.

2. Значительно сокращаются энергетические затраты.

3. Увеличивается выход глинозема, т.к. нет вторичных потерь.

4. Можно получать глинозем, не содержащий кремний.

5. Улучшается система контроля производства.

6. Улучшается экологическая обстановка на производстве и вокруг него, включая шламовые поля.

7. Очевидное снижение себестоимости глинозема.

Технологические схемы получения глинозема щелочно-кислотным способом из различных руд определяются составом и свойствами их, а также свойствами кислоты. По ряду причин использование азотной кислоты предпочтительнее.

Применительно к бокситам, которые перерабатывают по схеме последовательного варианта комбинированного процесса Байер-спекание, принципиальная схема щелочно-кислотного способа может выглядеть следующим образом.

Первая ветвь - выщелачивание бокситов алюминатным раствором остается без изменений.

Во второй ветви красный шлам обрабатывают 3-4% раствором азотной кислоты при температуре 20-40°. В этих условиях алюмосиликаты натрия разлагаются и образуются хорошо растворимые нитраты натрия и алюминия. Одновременно в раствор может переходить некоторое количество железа. Кремнезем остается в осадке. Кислый раствор отделяют от шлама и используют в повторных циклах разложения алюмосиликатов, чтобы повысить концентрацию солей в растворе и тем самым уменьшить нагрузку на выпарку. Затем раствор глубоко упаривают и смесь солей подвергают термическому разложению при 600-700 градусах. Выделяющиеся окислы азота охлаждают и возвращают в производственный цикл, направляя их непосредственно в реактор, где разлагают алюмосиликаты. Оставшиеся после разложения нитратов окислы металлов обрабатывают водой или слабым щелочным раствором. Окислы алюминия и натрия при этом растворяются и образуют алюминатный раствор с каустическим модулем 1,65-1,70, а окислы железа остаются в осадке. Алюминатный раствор направляют на декомпозицию в первую ветвь, либо выкручивают отдельно, если требуется получить глинозем, не содержащий кремний.

Описанная схема получения глинозема привлекательна по многим параметрам, включая отсутствие химических потерь щелочи и кислоты, а также получение окислов железа, не содержащих примеси, которые могут найти в других отраслях применение.

Аналогичные схемы можно представить для получения глинозема из нефелинов, глин, кианитов и других подобных руд. При выщелачивании таких руд должны быть созданы соответствующие условия, чтобы практически полностью превратить алюминийсодержащие составляющие породы в гидроалюмосиликаты, которые разлагают 3-4% раствором кислоты и далее по схеме, представленной для бокситов.

В связи с тем, что в молекуле нефелинов содержатся щелочные металлы, выделение гидроокиси алюминия из раствора уместно производить карбонизацией.

Щелочно-кислотный способ универсален и может быть весьма легко осуществлен в промышленном масштабе.

Аналогами изобретения могут быть кислотные способы получения глинозема.

Источники информации

1. В.А.Мазель. Производство глинозема. 1955 г.

2. В.А.Матвеев. Физико-химические и технологические основы повышения эффективности комплексной переработки нефелинсодержащего сырья кислотными методами. Автореферат диссертации на соискание ученой степени д.т.н. г.Апатиты. 2009 г.

3. Авторское свидетельство 925865 А, кл.С01F 7/24, 07.05.1982 г.