ПЕРЕРАБОТКА АЛЮМИНИЙСОДЕРЖЩИХ РУД С ПРИМЕНЕНИЕМ ОТХОДОВ ПРОИЗВОДСТВА

Маматов Э.Д.¹, Хомиди А.К.², Тагоев А.П.³, Баротов М.А.⁴

¹ Кандидат технических наук, вед. научн. сотр, ^2,3 аспирант, ⁴ науч. сотр.,

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

ПЕРЕРАБОТКА АЛЮМИНИЙСОДЕРЖЩИХ РУД С ПРИМЕНЕНИЕМ ОТХОДОВ ПРОИЗВОДСТВА

Аннотация

Представлены результаты изучения кислотного разложения и хлорирования алюминийсодержащего сырья Таджикистана. Ключевые слова: кислотное выщелачивание, хлорирование, порода аргиллита, соли алюминия и железа.

Mamatov E.D.¹, Homidi A.Q.², Tagoev A.P.³, Barotov M.A.⁴

¹ PhD in Engineering, Leading Scientist, ^2,3 Postgraduate student, ⁴ Scientist,

V.I. Nikitin Institute of Chemistry, Academy of Sciences of the Republic of Tajikistan

REFINING OF ALUMINIUMCONTAINING ORES WITH APPLICATION OF INDUSTRIAL WASTES

Abstract

Results of studying of acid decomposition and chlorination of alyuminiumcontaining raw materials of Tajikistan are presented.

Keywords: acid leaching, chlorination, breed argillite, salts of aluminum and iron.

Как известно, некоторые из руд применяются в народном хозяйстве в изначальном природном состоянии, а для некоторых пород необходимо специальное обогащение. Также имеются руды, при разложении которых образуется ряд компонентов, представляющих практический интерес [1-4]. К таким рудам можно отнести аргиллиты месторождения Зидды.

Целью исследования заключается разработка кислотной и хлорной технологии переработки аргиллита с применением хлор-газа и отходов производства, для получения солей алюминия и железа.

Осуждение результатов

Согласно результатам  проведенных опытов можно предположить следующие химические превращения аргиллитов при обжиге в интервале температур 400-900°С:

При температуре выше 500°С происходит полное удаление воды (обезвоживание), при этом извлечение оксидов железа и алюминия возрастает.

Физико-химические исследования аргиллитов месторождения Зидды показывают, что в состав этих пород входят минералы: кварц, каолинит, иллит и гетит, а их химический состав состоит из следующих оксидов (мас%.): Al₂O₃ – 19,75; Fe₂O₃ – 4,99; SiO₂ – 60; Na₂O – 0,1; K₂O – 1,2; CaO – 1,0; MgO – 1,0; п.п.п. – 10.

Процесс термолиза исходного и обожженного сырья – аргиллитов, изучали в интервале температур 100-1000°С на дериватографе марки «Q-1000» системы Паулик-Паулик-Эрдей при скорости подъема температуры 10°С/мин (рис. 1.).

Установлено, что разложение аргиллита  начинается при температуре 150⁰С со значительной потерей веса (кривая TG) до температуры 600°С. В интервале температур 350-600°С наблюдается глубокий эндотермический эффект с максимумом при 500°С (кривая ДТА, TG), который указывает на разложение и перестройку структуры каолинита и гетита. Минералы кварц и иллит в этом интервале температур изменений не претерпевают, о чем свидетельствуют данные рентгенограмм. В интервале температур 900-1000°С наблюдается неглубокий экзотермический эффект с максимумом при 900-950°С, который свидетельствует о возможном взаимодействии метакаолинита, иллита и других неразложившихся минералов породы   образованием  -  муллита.

Рис.1. ДТА исходного аргиллита.

Содержание оксидов  Al, Fe и Si в исходном сырье определяли как весовым, так и комплексонометрическим методами. Содержание щелочных металлов Na, K, Ca, Mg определяли спектральным методом и методом пламенной фотометрии на установке ПФМ-2.

Результаты  рентгенофазового анализа (РФА) исходного аргиллита, а также  результаты рентгенофазового анализа (РФА) прокаленного при температуре 600°С аргиллита месторождения Зидды и остатка после кислотного разложения (40-50%-ной H₂SO₄ при 95°С с продолжительностью процесса 1 час), приведены на рис.2 (а и б). Установлено, что в состав аргиллитовых пород входят минералы: кварц, каолинит, иллит, гетит, наличие которых подтверждено рентгенофазовым анализом. После прокаливания аргиллита при температуре 600°С и обработки 40%-ной H₂SO₄ на рентгенограмме остатка (рис.2б) отмечаются линии минералов  кварца и иллита, при этом каолинит и гетит переходят в раствор. Очевидно, при прокаливании происходит термодиструкция этих минералов и перестройка кристаллической структуры α-модификаций в растворимую форму, т.е. каолинит превращается в более легковскрываемую форму  - метакаолинит.

Рис.2. Рентгенограмма исходного аргиллита (а) и  осадка (остатка)  после прокаливания при температуре 600⁰С (б). кв – кварц;  к – каолинит; и – иллит; г – гетит.

В условиях Таджикистана, имеющей большие запасы аргиллитов, которые являются доступным сырьем, применение кислотной и хлорной технологии переработки, может привести к значительному экономическому эффекту.  Так как, все продукты переработки сырья находят практическое применение в химической, стекольной и фарфоровой промышленности.

Наличие большого количества выбрасываемых отходов серной кислоты (используемых для сушки газообразного хлора при электролизе поваренной соли) и газообразный хлор на АООТ «Таджикхимпром» дает реальную возможность налаживания технологии переработки алюмосодержащего сырья  - аргиллитов кислотным и хлорными способами.

Экспериментальная часть

Изучение операций выщелачивания проводили в термостатированном  реакторе – сосуде с рубашкой емкостью 0.20 л, снабженном мешалкой и обратным холодильником. После достижения необходимой температуры исходный материал загружали в реактор и добавляли к нему серную кислоту в определенном соотношении. По окончании процесса кислотного разложения пульпу фильтровали и определяли химический состав твердой (остатка) и жидкой (аликвотной) фаз.

Хлорирование проводили на установке, состоящей из: кварцевого реактора; конденсатора со сборником хлоридов; поглотителя с раствором щелочи и иодида калия для улавливания остаточного хлора и системы контрольно-измерительных приборов (милливольтметр с термопарой и газорасходомер). Хлор подавался из баллона, средний расход которого составлял 10-20 мл/мин.

Для изучения технологии переработки аргиллитов использовали серную кислоту, которая, является отходом производства. Проба аргиллита измельчалась в лабораторной шаровой мельнице до размера частиц «-0,1мм»  (рис.3). Измельченная проба подвергалась обжигу при температуре 600°С в течение 60 мин. Обожженную пробу аргиллита выщелачивали с 40%-ной серной кислотой в течение 60 мин, при температуре 90-100°С. После чего фильтровали пульпу, промывали полученный нерастворимый осадок водой и проводили анализ по общепринятой методике.

Рис.3. Схема подготовки аргиллита  к кислотному выщелачиванию и хлорированию.

На рис.4. приведена зависимость степени извлечения оксидов Al₂O₃ и Fe₂O₃  из состава обожженной породы: от температуры (рис.4.а); от продолжительности процесса (рис.4.б); от концентрации серной кислоты (рис.4.в).

Рис.4. Зависимость степени извлечения Al₂O₃  и Fe₂O₃  от: температуры (а), продолжительности процесса (б) и концентрации кислоты (в) при сернокислотном разложении алюмосиликатного сырья.

Результаты материального баланса опытов, проведенных в оптимальном режиме, приведены в таблице 1.

Таблица 1 - Материальный баланс  сернокислотного разложения аргиллита

(на 1 кг породы аргиллита)

Хлорный способ является наиболее универсальным и выгодным для технологической переработки разнообразных руд и для аргиллита в том числе.

Аргиллит, после измельчения  подвергался ситовому анализу, где был разделен  в соответствующие фракции: 0,5; 0,2; 0,16; 0,1 и  менее. Далее его перемешивали  с восстановителем и хлорировали.

Количество подаваемого хлора изменялось от 2 до 20 мл/мин, результаты хлорирования приведены на рис. 5. Как показывают результаты опытов, максимальное хлорирование оксидов наблюдается при расходе хлора 14-15 мл/мин, где степень извлечения оксидов достигает: Al₂O₃ – 72,6% и Fe₂O₃ – 96,5% соответственно. Дальнейшее увеличение расхода хлора не привело к существенному изменению степени разложения оксидов алюминия и железа. Отходящие газы после реакции хлорирования улавливали двухступенчатым поглощением сначала 10%-ным раствором щелочи, затем 12-15%-ным раствором иодида калия. Количество хлора в поглотителях определяли объемным йодометрическим методом. При дальнейшем увеличении расхода хлора степень извлечения оксидов Al₂O₃ и Fe₂O₃  практически не изменялась, а наоборот, затруднялся процесс улавливания отходящего не реагировавшего хлора.

Рис.5. Зависимость степени извлечения оксида алюминия и железа от расхода хлора из аргиллита.

На основе  проведенных исследований разработана принципиальная технологическая схема комплексной переработки аргиллитов кислотной и хлорными способами.

Способ кислотной обработки включает в себя следующие основные стадии:

- измельчение сырья;

- отсеивание частиц размером 0,5-0,1 мм;

- дегидратирующий обжиг при температуре 500-600⁰С в течение 60 мин;

- подача измельченного сырья и серной кислоты в реактор;

- кислотное разложение сырья при температуре 85-95⁰С в течение 60 мин;

- разделение пульпы отстаиванием и фильтрованием.

При кислотном разложении аргиллитов извлекаются в раствор сульфаты алюминия, железа и калия.

В осадок выпадают нерастворимые сульфаты магния, кальция, SiО₂, иллит, соли тяжелых металлов.

Раствор, представляющий собой в основном смесь солей алюминия и железа, испытан в качестве смешанного коагулянта для очистки промышленных и сточных вод от взвешенных примесей.

Проведенные исследования показали, что по своему коагулирующему действию полученные  сернокислые растворы алюминия и железа не уступают  широко используемому в качестве коагулянта сернокислому алюминию.

Твердый осадок, состоящий в основном  из нерастворимых  сульфатов кальция, магния, SiО₂, иллита, солей тяжелых металлов  может быть использован для производства стройматериалов.

Из раствора, содержащего сульфаты алюминия и железа и незначительное количество сульфатов натрия и калия, при переработке гидроксидом натрия выпадают в осадок гидроксиды алюминия и железа, в растворе остаются сульфаты и гидроксиды натрия и калия. После отделения твердого осадка гидроксидов алюминия и железа от солей натрия и калия фильтрованием и при изменении рН раствора в осадок выпадает нерастворимый Fe(OH)₃, а в раствор переходит NaAl(OH)₄, который после карбонизации и нагревания разлагается на Al₂O₃ и H₂O. Полученный глинозем может быть использован как сырье для получения металлического алюминия.

 

Литература

1. Мирсаидов У.М. Сафиев Х.С. Комплексная переработка низкокачественного алюминийсодержащего сырья. Душанбе, 1998., Изд. «Дониш»  238 с.
2. Сафиев Х., Мирзоев Б., Мирсаидов У.М. Промышленные отходы – эффективные реагенты при комплексной переработке местного сырья Таджикистана // Первая Международная научно-техн. конф. «Технические системы и социально-правовые принципы экологической безопасности»: Сборник докл. – Ленинград, 1991. –С.125-128.
3. Саттарова М.А., Таджибаев Г., Сафиев Х., Мирзоев Б. Физико-химическое исследование продуктов солянокислотного разложения нефелиновых сиенитов Турпи // Комплексное использование минерального сырья,  1992.  №4. –С.51-55.
4. Назаров Ш.Б., Запольский А.К., Сафиев Х., Мирсаидов У.М. Использование промышленных отходов при переработке алюминиевого сырья // Комплексное использование минерального сырья, 1992. №5. –С.72-75.

References

1. Mirsaidov UM Safiyev Kh.S. Complex processing of low-grade aluminum materials. Dushanbe , 1998 . , Ed. " Donish " 238 .
2. Safiyev H., B. Mirzoev , Mirsaidov UM Industrial waste - effective reagents for complex processing of local raw materials Tajikistan / / First International Scientific -Technical. conf. " Technical systems and socio- legal principles of environmental safety": Collection of Reports.– S.Petersburg, 1991 . - P.125 -128
3. Sattarova MA Tadzhibaev G., H. Safiyev Mirzoev B. Physico- chemical study of the decomposition products solyanokislotnogo nepheline syenite Turpi / / Integrated use of mineral resources , 1992 . №4 . - Р.51 -55
4. Nazarov S.B, Zapolskii A.K., Safiyev H., UM Mirsaidov The use of industrial waste in the processing of aluminum raw materials // Integrated of mineral resources , 1992 . №5 . - Р.72 -75