книги из ГПНТБ / Кислотная переработка алюминийсодержащего сырья на глинозем [сборник статей]

АКАДЕМИЯ НАУК УЗБЕКСКОЙ ;ССР . j

И Н С Т И Т У Т Х И М И И Д _ -

КИСЛОТНАЯ

ПЕРЕРАБОТКА

АЛЮМИНИЙСОДЕРЖАЩЕГО СЫРЬЯ НА ГЛИНОЗЕМ

ИЗДАТЕЛЬСТВО «ФАН» УЗБЕКСКОЙ ССР

Т А Ш К Е Н Т - 1 9 7 4

Из многочисленных месторождений алунитовых пород на­ иболее разведанные Акташское и Гушсайское, Акташское алуни­ ты относятся к минералам средне-верхне-палеозойского возраста и залегают среди диаспор-каолинит-кварцевых пород. Содержание

Анализ глиноземсодержащих пород Узбекистана показывает, что с технологической точки зрения наиболее перспективны как сырье алюминиевой промышленности каолиновые глины и некон­ диционные бокситы, а алуниты могут служить сырьем для полу­ чения сернокислого алюминия — коагулянта.

В результате теоретических и технологических исследований по переработке глиноземсодержащих пород Узбекистана разра­ ботано два варианта азотнокислотного способа получения глино­ зема: 1) комплексный с получением глинозема, аммиачной селит­ ры и сиштофа; 2) с регенерацией кислоты.

Принципиальная технологическая схема первого варианта представлена на рис. 1. Измельченный до размеров частиц менее 0,5 мм исходный материал обжигается при температуре 700— 750°С в течение двух часов. Дегидратированный продукт три часа выщелачивается в агитаторе 40%-ной азотной кислотой при тем­

превышает 95. Пульпа от выщелачивания отстаивается и филь­ труется при температуре 70°С в присутствии флокулирующего реагента, расход которого составляет до 150 г/м3 пульпы. Нитрат­ ный раствор содержит 95—105 г/л А120 3; 3—5 г/л Fe20 3; 110— 120 г/л свободной HN03; удельный вес его— 1,372 г/см3. Твердый остаток (сиштоф) промывается в две стадии. Первая промвода, содержащая 70—80 г/л А120 3, соединяется с основным раствором, выпаривается и поступает на нейтрализацию, а вторая, содержа­

стройматериалов. Нейтрализация азотнокислого раствора осуще­ ствляется газообразным аммиаком в две стадии: первая —до pH 2,5—3,0 при температуре 70°С, а вторая — до pH 6.0—7,5 с введе­ нием упаренного до плава частично нейтрализованного раствора в 40%-ный раствор аммиачной селитры, содержащий 8—10% NH3. Раствор селитры, концентрация которого достигает при этом 55—60%, используется для получения удобрения.

Для очистки от железа «черновая» гидроокись обрабатывается

4

Исходное сырье

Подготовка к обжигу

Сырье крупностью < 0,5 мм

~1

цинации при 1100—1200°С может быть использована для получе­ ния электролитического алюминия.

По второму варианту азотнокислотного способа (рис. 2) деги­ дратированный материал подвергают трехчасовому автоклавному выщелачиванию 30%-ным раствором кислоты при температуре 175—200°С и дозировке HNO3 90% от стехиометрии. В раствор переходит 85—87% А120з, а железистый модуль его составляет более 300. Полученная пульпа отстаивается и фильтруется с помощью флокулянта К-4 или К-6 (расход 30 г/м3) при темпера­ туре 70°С. Твердый остаток трехкратно противоточно промывается

70°С, продолжительности процесса 20 мин. и расходе реагента,

с железистым модулем 400 возвращается на передел обезжелезйвания. Так как в цикле накапливается избыточное количество К и Na, часть маточного раствора (до 25%) периодически выво­ дится из процесса. Образующаяся при обезжелезивании твердая фаза (сублат) регенерируется, а стеарат может быть использован многократно.

Девятиводная соль нитрата алюминия с целью регенерации кислоты подвергается термическому разложению в условиях кипящего слоя при температуре 420—450°С в присутствии паров

недостатки и должен применяться с учетом конкретных условий. В частности, при комплексном азотнокислотном способе можно получить продукт высокой чистоты по железу и требуемого грану­ лометрического состава. Однако выход большого количества

.побочного продукта (аммиачной селитры) и отсутствие возврата кислоты в цикл ограничивают масштабы его осуществимости. Расход кислоты сокращается на 30—35% при проведении выще­ лачивания в автоклавных условиях.

Азотнокислотный способ с регенерацией кислоты лишен ука­ занных выше недостатков и позволяет перерабатывать сырье с любым содержанием железа И кремнезема.

. К общим недостаткам предлагаемых и вообще всех кислотных

7

методов относится необходимость использовать дорогостоящие кислотостойкие аппараты, реализовать большое количество крем­ неземистого шлама, а также то, что полученный глинозем по составу и физико-химическим свойствам существенно отличается от продукта, производимого в промышленности по щелочным схемам.

В настоящее время практика химической промышленности по­ казала возможность использования различных кислотоупорных материалов, таких, как титан и его сплавы, нержавеющие стали, фторпластовые и базальтовые покрытия, устойчивые против коррозии и' долговечные. Представляет интерес опыт работы кис­ лотоупорных аппаратов никелевой промышленности [4, 5].

Решение вопроса получения кислотного глинозема с нужными свойствами нами найдено. В комплексном азотнокислотном спо­ собе это — щелочная концовка, а при регенерации кислоты — проведение процесса термического разложения нитратной соли в условиях псевдоожижения.

Вопрос применения кремнеземистых шламов в различных отраслях промышленности специально изучался лабораториями химии силикатов и' адсорбции Института химии АН УзССР, кафедрой силикатов Ташкентского политехнического института и лабораторией стройматериалов института Ниистромпроект УзССР при содействии сотрудников лаборатории гидрометаллургии Института химии АН УзССР [6].

Проведенные нами исследования показали, что сиштоф можно применять как основной компонент в промышленности строитель­ ных материалов: для изготовления различных вяжущих веществ, огнеупорных и строительных кирпичей и плит, керамзитовых мате­ риалов. Сиштоф можно использовать и как адсорбент для очи­ стки нефтяных масел от асфальтосмолистых компонентов и нафте­ новых кислот, а также в качестве сырья для получения тарного стекла и т. д.

Разработанные нами варианты схемы азотнокислотного спосо­ ба получения глинозема из низкокачественного глиноземсодер­ жащего сырья испытаны в опытно-заводском масштабе с целью проверки и уточнения оптимальных режимов для основных пере­ делов, аппаратурно-технологического оформления способа и полу­ чения необходимых данных (расходные коэффициенты, потери и др.) для составления материального баланса и технико-эконо­ мического расчета.

Были отработаны следующие процессы: подготовка сырья к обжигу и обжиг; выщелачивание сырого и дегидратированного материала; отстаивание и фильтрация пульпы; обезжелезивание раствора; выпарка и кристаллизация девятиводной соли нитрата алюминия с последующим термическим разложением ее для регенерации кислоты и получения окиси алюминия.

В опытно-промышленных испытаниях были использованы печь кипящего слоя с выносной топкой для обжига исходного сырья,

3

гидрометаллургическая установка с аппаратами для выщелачива­ ния (агитаторы, перколяторы, сборники растворов), отстаивания и фильтрации (отстойник, нутч-фильтр, центрифуга, барабанный вакуум-фильтр), обезжелезивания (реактор), выпарки растворов

ит. п.; горизонтальная вращающаяся печь для обжига породы, гидрохимическая установка, состоящая из аппаратов для выщела­ чивания, обезжелезивания, отстаивания, выпарки, кристаллизации

итермического разложения нитратной соли, а также автоклавная

хромо-никелевой стали марки 1Х18Н9Т, а установка для высоко­ температурных процессов (автоклавы, реактор печи КС для тер­ мического разложения) — из титана или с футеровкой из кислото­ упорных плит. Значительная часть этих специально изготовленных аппаратов по конструкции и технологическим показателям отве­ чает современным требованиям промышленности и может явиться прототипом производственных агрегатов.

Исходным сырьем как для лабораторных, так и для заводских исследований явились пробы каолиновых глин и некондиционных бокситов Узбекистана. Результаты укрупненных проверок пока­

и до 87% для автоклавного. Отмечено, что потери азотной кисло­ ты при автоклавном выщелачивании в 1,5—2 раза меньше, чем при агитационном.

Наилучшие результаты по фильтрации на аппарате БШК-1 (поверхность 1 м2) достигнуты по твердому— 130—150 кг/м2 -час

исоставила в осадке около 350 кг/м2 • час.

Вкачестве фильтра были использованы фторолон и перхлорвиниловая ткань.

Промывка шлама осуществлялась трехкратным противоточным методом, обеспечивающим получение крепкой промводы. Достигнута высокая фильтруемссть сиштофа за счет остаточной концентрации флокулирующего реагента в шламе.

Обезжелезивание нитратных растворов в опытно-заводском масштабе подтвердило данные лабораторных исследований. Мето­ дом гидролиза технологический раствор удалось очистить до желе­ зистого модуля 1300—1350, а по ионной флотации с использованием технического стеарина — до 2500—2800, что отвечает остаточному содержанию железа в растворе (0,03—0,04 г/л по Fe20 3).

а