Способ получения диоксида кремния высокой степени чистоты из промышленных отходов

 

Изобретение относится к способам выделения диоксида кремния высокой чистоты из колошниковой пыли процесса газоочистки электротермического производства кремния на предприятиях алюминевой промышленности. Сущность изобретения: колошниковую пыль в твердом или суспезионном состоянии обрабатывают в присутствии воды при 95°С гидроксидом натрия или его 40%-ным раствором с последующей обработкой фильтрата минеральной кислотой до рН 5 - 6. Выделенный диоксид кремния имеет аморфную структуру с величиной гранул 10 - 45 мкм, рН водной вытяжки - 6,03, насыпной удельный вес - 208,87 г/дм³, истиный удельный вес - 1,5276 г/см³, удельная поверхность 164 м²/г. Содержание примесных металлов - Sn, Pb, Cu, Ni, Cr, Mo ≅ 1·10^-4 мас. %. 1 з.п. ф-лы.

Изобретение относится к химической технологии и экологизации промышленных предприятий, в частности предприятий алюминиевой промышленности. Изобретение содержит усовершенствованный способ получения из многотоннажных отходов этих предприятий такого технически ценного продукта, как диоксид кремния высокой чистоты. Выделенный из отходов диоксид кремния может быть использован в качестве наполнителя в бумажной и резино-технической промышленности, компонента в лакокрасочной промышленности, абразива при производстве зубных и других паст, сырья в керамической и стекольной промышленности и т.д.

Наиболее близким из известных к предлагаемому изобретению является способ получения диоксида кремния высокой чистоты из отходов. Способ заключается в обработке отходов растворами фтористоводородной кислоты, действии на образующийся раствор гексафторкремниевой кислоты аммиака с последующим разложением гексафторсиликата аммония до фтористого аммония и диоксида кремния. Недостатки способа-прототипа: 1) использование высокоагрессивной и токсичной плавиковой (фтористоводородной) кислоты; 2) связанная с этим необходимость в специальном аппаратурном оформлении; 3) многостадийность процесса, в частности кислотное вскрытие отходов, перевод продуктов разложения в гексафторсиликат аммония и снова разложение последнего до фторида аммония и целевого диоксида кремния.

Цель изобретения - упрощение, удешевление процесса, повышение его эффективности и экологической чистоты. Поставленная цель достигается тем, что колошниковую пыль процесса газоочистки электротермического производства кремния на предприятиях алюминиевой промышленности в твердом или суспензионном состоянии, содержащей 70-80% SiO₂, подвергают щелочной обработке твердым гидроксидом натрия или его 40%-ным раствором для перевода диоксида кремния в ортосиликат натрия: SiO₂+4NaOH __→ Na₄SiO₄+2H₂O Из полученного раствора ортосиликата натрия диоксид кремния осаждают действием на этот раствор минеральных кислот (HCl, HNO₃) до достижения рН 5-6.

Na₄SiO₄+4HCl __→ 4NaCl+H₄SiO₄ H₄SiO₄__→ 2H₂O+SiO₂ Диоксид кремния отделяют от маточника, промывают, сушат при 300-400^оС. Полученный таким путем диоксид кремния имеет аморфную структуру с величиной гранул ≈ 10-45 мкм, рН - водной вытяжки - 6,03, насыпным удельным весом - 208,87 г/дм³, истинным удельным весом 1,5276 г/см³, с удельной поверхностью 164 м²/г. Содержание примесных металлов в полученном диоксиде кремния - Sn, Pb, Cu, Ni, Cr, Mo≅ 1 ^. 10^-4 мас.%.

Преимущества предлагаемого способа перед прототипом - использование более доступных и менее агрессивных минеральных кислот - соляной, азотной - и в связи с этим менее жесткие требования к качеству аппаратуры, предельная простота и технологичность процесса. Предлагаемый способ открывает широкие возможности, с одной стороны, для утилизации многотоннажных отходов алюминиевых заводов и таким образом для решения проблемы экологизации этих промышленных предприятий, а с другой стороны, открывает новую богатую сырьевую базу для получения такого технически ценного продукта, как диоксид кремния высокой степени чистоты. Все это может быть проиллюстрировано следующими примерами.

П р и м е р 1. 1,19 кг колошниковой пыли загружают в реакционный сосуд емкостью 20 л , добавляют 4,09 л воды и обрабатывают в реакционном сосуде при 95^оС в течение 30 мин 6,8 кг 40%-ного водного раствора гидроксида натрия. Полученный раствор фильтруют и к фильтрату приливают 5,85 кг соляной кислоты (плотность 1,17 г/см³), до достижения рН 5-6. Выпавший осадок диоксида кремния (IV) отфильтровывают, промывают водой, 4%-ным раствором соляной кислоты и снова водой. Полученный после обработки диоксид кремния (IV) высушивают при 300^оС в течение 2 ч. Выход диоксида кремния (IV) 1 кг (84%).

П р и м е р 2. 1,19 кг колошниковой пыли, смоченной 4,09 кг воды, обрабатывают 40%-ным водным раствором гидроксида натрия аналогично примеру 1. К фильтрату приливают 5,7 кг азотной кислоты (плотность 1,40 г/см³) до достижения рН 5-6. Полученный осадок диоксида кремния (IV) промывают водой, раствором 6% -ной азотной кислоты и снова 20 л воды. Диоксид кремния (IV) отфильтровывают, высушивают при 300^оС в течение 2 ч. Выход диоксида кремния (IV) 1 кг (84%).

П р и м е р 3. Колошниковую пыль в количестве 1,19 кг помещают в реакционный сосуд емкостью 20 л, снабженный мешалкой, прибавляют 7 л воды и при интенсивном перемешивании небольшими порциями вводят 2,7 кг гидроксида натрия. Полученный раствор фильтруют, к фильтрату приливают 5,85 кг соляной кислоты (плотность 1,17 г/см³) до рН 5-6. Полученный осадок диоксида кремния (IV) фильтруют, промывают 20 л воды, 4%-ным раствором соляной кислоты и снова водой, высушивают при 300^оС в течение 2 ч. Выход диоксида кремния (IV) 1 кг (84%).

П р и м е р 4. 12,6 л суспензионного раствора колошниковой пыли (минеральная основа 1,06 кг) обрабатывают в реакционном сосуде емкостью 20 л при 95^оС в течение 30 мин 6,3 кг 40%-ного водного раствора гидроксида натрия. Полученный раствор фильтруют (масса нерастворимого остатка 0,055 кг). К фильтрату приливают 5,9 кг соляной кислоты (плотность 1,17 г/см³) до достижения рН раствора 5-6. Выделившийся осадок диоксида кремния (IV) промывается 20 л воды, раствором соляной кислоты (разбавление 1:10) и затем снова водой. Диоксид кремния высушивают при 300^оС в течение 2 ч. Выход диоксида кремния 1 кг (94% от минеральной основы раствора).

П р и м е р 5. 12,6 л суспензионного раствора колошниковой пыли (минеральная основа 1,06 кг) обрабатывают по аналогии с примером 4 6 ,3 кг 40%-ного водного раствора гидроксида натрия. Полученный раствор фильтруют и к фильтрату приливают 5,75 кг азотной кислоты (плотность 1,40 г/см³). Диоксид кремния (IV) промывают водой и азотной кислотой (разбавление 1:10), фильтруют и продукт высушивают при 300^оС в течение 2 ч. Выход диоксида кремния (IV) 1 кг (94% от минеральной основы раствора).

Формула изобретения

1. СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ ДИОКСИДА КРЕМНИЯ ВЫСОКОЙ СТЕПЕНИ ЧИСТОТЫ ИЗ ПРОМЫШЛЕННЫХ ОТХОДОВ, включающий их обработку минеральной кислотой, щелочным реагентом, отличающийся тем, что в качестве промышленных отходов используют колошниковую пыль процесса газоочистки электротермического производства кремния или ее суспензию, в качестве щелочного реагента используют гидроксид натрия или его 40%-ный раствор, обработку ведут сначала щелочным реагентом в присутствии воды при 95^oС, затем, предварительно отделив нерастворившийся осадок, фильтрат обрабатывают минеральной кислотой до рН 5 - 6 и продукт выделяют фильтрацией.

2. Способ по п.1, отличающийся тем, что в качестве минеральной кислоты используют соляную или азотную кислоту.