Обескремнивание и карбонизация алюминатного раствора, полученного из минерала мусковита

Размещено на http://www.allbest.ru/

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.

Аннотация

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 80^оС и продолжительность процесса 50 минут, при этом степень обескремнивания достигает 91,3 - 93,9 %. В процессе карбонизации при повышении температуры до 30^оС, 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- 90^О С и выдерживали в течение 1 - 1,5 часов. После этого раствор охлаждали до температуры 25 - 30^оС. 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.

карбонизация гидроксид алюминий мусковит

Проведенные нами исследования показали, что наиболее благоприятным режимом осуществления процесса является: температура 80^оС 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.

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.

Размещено на Allbest.ru