ISSN 1991-3087

Свидетельство о регистрации СМИ: ПИ № ФС77-24978 от 05.07.2006 г.

ISSN 1991-3087

Подписной индекс №42457

Периодичность - 1 раз в месяц.

Вид обложки

Адрес редакции: 305008, г.Курск, Бурцевский проезд, д.7.

Тел.: 8-910-740-44-28

E-mail: jurnal@jurnal.org

Рейтинг@Mail.ru Rambler's Top100
Яндекс.Метрика

Обескремнивание и карбонизация алюминатного раствора, полученного из минерала мусковита

 

Одинаев Хайдар,

доктор химических наук, профессор,

Мирзоев Бодур,

кандидат химических наук,

Мирзоев Парвиз Бодурович,

аспирант.

Институт химии им. В.И. Никитина АН Республики Таджикистан.

 

В работе изучены процессы обескремнивания и карбонизации алюминатного раствора, полученного из минерала мусковита. Результаты исследований показали, что при повышении концентрации извести от 2 до 10 г/л степень обескремнивания возрастает от 7,6% до 93,8%. Установлено, что наиболее благоприятным режимом осуществления процесса является: температура 80оС и продолжительность процесса 50 минут, при этом степень обескремнивания достигает 91,3 – 93,9 %. В процессе карбонизации при повышении температуры до 30оС, степень осаждения криолит-гидроксида алюминия увеличивается и достигает 92,6%. Оптимальным значением продолжительности процесса при этом является период в 30 мин.

Ключевые слова: минерал мусковит, обескремнивание, карбонизация, криолит-гидроксид алюминия.

 

Как известно, разделение оксида алюминия и кремнезема является основным вопросом [1, 2] для щелочных способов получения глинозема, на которых в настоящее время базируется все мировое производство оксида алюминия. Поэтому поведению кремнезема в алюминатных растворах всегда уделялось и уделяется большое внимание. После выщелачивания алюминатный раствор значительно загрязняется кремнеземом (SiO2).

Вслед за получением нами алюминатно-фторидного спека из шихты с добавками различных компонентов методом спекания были проведены и найдены оптимальные условия выщелачивания. Процесс проводили в термостатированном реакторе при интенсивном перемешивании пульпы.

Твердую фазу отделяли от жидкой в вакуумной воронке через двойной бумажный фильтр. Содержание кремнезема в глиноземном концентрате негативно влияет на качество получаемого алюминия, поэтому необходимой предварительной стадией перед карбонизацией является обескремнивание алюминатного раствора. При этом, возможно, протекание ионообменной реакции :

Na2O· Al2O3· n SiO2· mH2O +Ca ( OH)2 = CaO· Al2O3· n SiO2 · m H2O +2 NaOH

Как видно из этой реакции, обескремнивание алюминатных растворов cводится только к реакции обмена ионов Na+ и Ca2+. Для подтверждения этой реакции были поставлены опыты по исследованию влияния концентрации извести, температуры и продолжительности процесса. Обескремнивание в политермических условиях проводилось следующим образом: В термостатированный реактор с мешалкой добавляли при разных концентрациях известь и фиксировали продолжительность процесса. С целью обескремнивания в алюминатный раствор добавляли Ca(OH)2, при этом концентрация извести составляла 5 – 10 г/л. Раствор нагревали до температуры 80- 90О С и выдерживали в течение 1 - 1,5 часов. После этого раствор охлаждали до температуры 25 – 30оС. Выпавший в осадок гидроалюмосиликат натрия отделяли фильтрованием пульпы, а алюминатный раствор направляли на процесс карбонизации.

Для определения оптимальных условий осаждения гидроксида алюминия Al(OH)3 нами были исследованы следующие параметры процесса карбонизации:

1)                 влияние температуры;

2)                 продолжительность процесса;

3)                 расход углекислого газа.

Были найдены оптимальные условия процесса извлечения глинозема. Нами также были исследованы степень осаждения гидроксида алюминия при различных температурах, продолжительность процесса и расход углекислого газа. Результаты исследований показали, что при повышении концентрации извести (рис. 1) от 2 до 10 г/л степень обескремнивания возрастает от 7,6 % до 93,8 %. При дельнейшем повышении концентрации извести степень обескремнивания изменяется незначительно. Кроме концентрации извести, на процесс обескремнивания алюминатного раствора сильно влияют температура и продолжительность процесса (рис. 2). Как видно из рис. 2, с повышением температуры и увеличением продолжительности процесс обескремнивания алюминатных растворов протекает глубоко.

 

Рис. 1. Зависимость степени обескремнивания при различных концентрациях извести.

 

Рис. 2. Зависимость процесса обескремнивания от: а – температуры и б – продолжительности процесса.

 

Проведенные нами исследования показали, что наиболее благоприятным режимом осуществления процесса является: температура 80оС и продолжительность процесса – 50 минут. При этом степень обескремнивания достигает 91,3 – 93,9 %. Затем нами была проведена карбонизация алюминатного раствора, что является одним из основных методов, применяемых в производстве глинозема, осуществляемых барботированием через раствор смеси газов, содержащих CO2 для выделения в осадок гидроксида алюминия.

Карбонизация является сложным гетерофазным процессом [3]. Сущность процесса состоит в нейтрализации едкой щелочи по реакции:

 2NaOH +CO2 =Na2 СO3 +H2О                                                                              (1)      

 В результате уменьшения содержания Na2O снижается стойкость алюминатных растворов и происходит их разложение по реакции:

 NaAlO2 + H2O ↔ Al(OH)3 + NaOH                                                                     (2)

 В растворе, полученном после выщелачивания спека, кроме NaAl(OH)4 имеется и NaF, т.е., при карбонизации алюминатно-фторидных растворов наряду с реакциями (1) и (2) протекает следующая реакция

3NaAl(OH)4+ 6NaF +3CO2 = Na3 Al F6 + 2Al(OH)3+ 3Na2CO3 +3H2O              (3)

Согласно реакции (3) для определения оптимальных условий осаждения криолита и гидроксида алюминия нами было исследовано влияние температуры, продолжительности процесса и расход углекислого газа. Полученные данные по результатам изучения степени осаждения криолит - гидроксида алюминия при различных температурах, продолжительности процесса и расходе газа при карбонизации алюминатно -фторидного раствора приведены в таблице 1.

Как следует из данных табл. 1, при повышении температуры до 30 оС, степень осаждения увеличивается и достигает 92,6 %. При дальнейшем повышении температуры степень осаждения криолит–гидроксида алюминия остается постоянной, что объясняется уменьшением растворимости CO2 и повышением растворимости гидроксида алюминия.

 

 Таблица 1.

Величины степени осаждения криолита и гидроксида алюминия при различных температурах, продолжительности процесса и расхода газа CO2 при карбонизации.

опыта

 t,оC

 τ, мин

расход газа CO2, л /мин

степень осаждения криолит – гидроксида алюминия, %

 1

 15

 30

 15

28,9

 2

 20

 30

 15

52,7

 3

 25

 30

 15

79,8

 4

 30

 30

 15

93,5

 5

 35

 30

 15

90,8

 6

 40

 30

 15

88,7

 7

 30

 35

 15

92,9

 8

 30

 40

 15

93,4

 9

 30

 25

 15

83,5

 10

 30

 20

 15

78,4

 11

 30

 30

 20

93,7

 12

 30

 30

 25

91 ,9

 13

 30

 30

 10

85,3

 14

 30

 30

 5

48,7

 

 При проведении исследований по продолжительности процесса и расхода газа выяснилось, что максимальная степень извлечения достигается (табл. 1) в течение 30 мин. Расход газа составляет 10-15л/мин., затем изменяется незначительно. Результаты проведенных анализов показали, что путем карбонизации алюминатно-фторидного раствора можно получить смесь криолит-гидроксида алюминия.

 

Литература

 

1.                  Пономарев В.Д., Сажин В.С., Ни Л.П. Гидрохимический щелочной способ переработки алюмосиликатов. – М.: Металлургия, 1964, - 112 с.

2.                  А.С. 1633748 СССР. Способ переработки алюминийсодержащего сырья. Б.Мирзоев., Сафиев Х., Запольский А.К. Мирсаидов У.- 1983 г.

3.                  Лайнер А.И. Производство глинозема / Металлургиздат ,1961. – 619с.

 

Поступила в редакцию 12.08.2014 г.

2006-2017 © Журнал научных публикаций аспирантов и докторантов.
Все материалы, размещенные на данном сайте, охраняются авторским правом. При использовании материалов сайта активная ссылка на первоисточник обязательна.