Способ переработки слоистых алюмосиликатов (варианты)

 

Изобретение относится к области переработки минерального сырья, а именно к слоистым алюмосиликатам группы каолинита, и может быть использовано в химической промышленности для производства сульфата алюминия и в цветной металлургии для производства глинозема. Способ переработки слоистых алюмосиликатов, выбранных из группы каолинита, обладающих двухслойной пакетной структурой из кремнекислородных тетраэдров и октаэдрического слоя, включает механическую активацию измельченного сырья, извлечение алюминийсодержащего компонента в виде сульфата алюминия серной кислотой, отделение раствора сульфата алюминия от кремнеземсодержащего компонента. По первому варианту механическую активацию сырья проводят в присутствии серной кислоты плотностью 1,820-1,839 г/см³, взятой в стехиометрическом количестве, извлечение сульфата алюминия осуществляют непосредственно при активации, перевод сульфата алюминия из продукта активации в жидкую фазу проводят водой с температурой не более 30°С до плотности не более 1,25 г/см ³, при этом активацию проводят до полного извлечения алюминийсодержащего компонента. По второму варианту механическую активацию сырья проводят в присутствии серной кислоты плотностью 1,820-1,839 г/см³, взятой в недостатке по отношению к стехиометрическому количеству. Перевод сульфата алюминия из продукта активации в жидкую фазу проводят водой с температурой не более 30°С, содержащей остатки стехиометрического количества кислоты до плотности жидкой фазы не более 1,25 г/см³ . Изобретение позволяет обеспечить извлечение алюминийсодержащего компонента из исходного сырья на уровне 80-97%, при этом не требуется дополнительного подогрева на стадии извлечения сульфата алюминия. 2 с. и 2 з.п. ф-лы.

Изобретение относится к области переработки минерального сырья, а именно к слоистым алюмосиликатам группы каолинита, и может быть использовано в химической промышленности для производства сульфата алюминия и в цветной металлургии для производства глинозема.

Известен способ переработки каолинита (Лаптева Е.С., Юсупов Т.С., Бергер А.С. Физико-химические изменения слоистых силикатов в процессе механической активации. - Новосибирск: Наука, 1981, с.15-30), включающий предварительное дробление исходного каолинита до размеров не более 2,0 мм, механическую активацию в воздушной среде в течение 10-15 минут, извлечение оксида алюминия в виде сульфата из продукта активации 20%-ным раствором серной кислоты при температуре 75-90°С, разделение жидкой и твердой фаз образовавшейся суспензии путем фильтрования. Степень извлечения алюминийсодержащего компонента в раствор составляет не менее 95%.

Для осуществления известного способа необходимо ведение процесса извлечения сульфата алюминия при непрерывном подогреве реакционной среды до температуры 75-90°С, что требует значительных энергетических затрат.

Задачей настоящего изобретения является разработка способа, позволяющего с наименьшими затратами и эффективно проводить переработку слоистых алюмосиликатов.

Технический результат состоит в том, что новый способ является экономически выгодным и обеспечивает извлечение алюминийсодержащего компонента из исходного сырья на уровне 80-97%; при этом не требует дополнительного подогрева на стадии извлечения сернокислой соли. Способ может быть применен к любым известным слоистым алюмосиликатам с двухслойной пакетной структурой из кремнекислородных тетраэдров и октаэдрического слоя.

Изобретение представлено в двух вариантах.

По варианту 1 технический результат достигается тем, что в способе переработки слоистых алюмосиликатов, выбранных из группы каолинита, обладающих двухслойной пакетной структурой из кремнекислородных тетраэдров и октаэдрического слоя, включающем механическую активацию измельченного исходного сырья, извлечение алюминийсодержащего компонента в виде сульфата алюминия серной кислотой и отделение раствора сульфата алюминия от кремнеземсодержащего компонента, согласно изобретению механическую активацию сырья проводят в присутствии серной кислоты плотностью 1,820-1,839 г/см³ , взятой в стехиометрическом количестве, извлечение сульфата алюминия осуществляют непосредственно при механохимической активации, после чего осуществляют разбавление продукта активации водой с температурой не более 30°С при соотношении, обеспечивающем полный переход сульфата алюминия в жидкую фазу, при этом активацию проводят до полного извлечения алюминийсодержащего компонента.

При механохимической активации обеспечивают воздействие не менее 1 Дж/с·г, а серную кислоту вводят порциями.

По варианту 2 технический результат достигается тем, что в способе переработки слоистых алюмосиликатов, выбранных из группы каолинита, обладающих двухслойной пакетной структурой из кремнекислородных тетраэдров и октаэдрического слоя, включающем механическую активацию измельченного исходного сырья, извлечение алюминийсодержащего компонента в виде сульфата алюминия, последующее отделение раствора сульфата алюминия от кремнеземсодержащего компонента, согласно изобретению механическую активацию сырья проводят в присутствии серной кислоты плотностью 1,820-1,839 г/см³, взятой в недостатке по отношению к стехиометрическому количеству, после чего осуществляют разбавление продукта активации водой с температурой не более 30°С, содержащей остатки стехиометрического количества кислоты, извлечение сульфата алюминия осуществляют в два этапа - непосредственно при механохимической активации сырья и обработке продукта активации водным раствором кислоты при соотношении, обеспечивающем полный переход сульфата алюминия в жидкую фазу.

При механохимической активации обеспечивают воздействие не менее 1 Дж/с·г, а серную кислоту вводят в количестве не более 50% стехиометрического.

В основу изобретения положена совместная механохимическая активация слоистых алюмосиликатов. К слоистым алюмосиликатам группы каолинита относятся каолинит, диккит, накрит. Основными структурными элементами этих минералов являются двухслойные пакеты, построенные из кремнекислородных тетраэдров и октаэдрического слоя. (Пенкаля Т. Очерки кристаллохимии. Польша, 1972. Перевод с польского под ред. проф. Франк-Каенецкого В.А. Л.: Химия, 1974, с.311-312.)

При механохимическом воздействии происходит уменьшение размеров частиц обрабатываемого сырья, увеличение его поверхности, перемешивание реакционной смеси, механическое разрушение кристаллической структуры минерала, аморфизация поверхности частиц, удаление сорбированной и структурной воды за счет выделяющегося тепла при переходе механической энергии в тепловую энергию. В присутствии кислоты плотностью 1,820-1,839 г/см³ происходит дополнительный разогрев обрабатываемой смеси за счет теплоты гидратации серной кислоты молекулами структурной воды минерала, т.е. осуществляется взаимодействие протонов кислоты с гидроксидными группами минерала H⁺+ОН^- =Н₂О, при этом образующиеся молекулы воды гидратируют серную кислоту, что способствует образованию сульфата алюминия. Кроме того, при совместной механохимической активации обрабатываемого минерала происходит накопление энергии за счет образования дефектов решетки и благодаря непосредственному присутствию кислоты в активаторе, выделяющаяся энергия релаксации используется в процессе образования сульфата алюминия.

Способ по варианту 1 осуществляется следующим образом. Слоистый алюмосиликат, например каолин, каолиновые глины и др., при необходимости измельчают до частиц с размерами не более 2 мм. Затем сухое измельченное сырье подают в устройство механической активации, обеспечивающее воздействие не менее 1 Дж/с·г. Непосредственно в устройство механической активации порциями вводят серную кислоту плотностью 1,820-1,839 г/см ³. Общее количество добавляемой кислоты берут в стехиометрическом количестве по отношению к извлекаемому компоненту, при этом размер порций составляет 5-50% расчетного. В процессе механохимической активации осуществляется постепенное извлечение алюминийсодержащего компонента из сырья с образованием сульфата алюминия. Процесс активации проводят до полного извлечения алюминийсодержащего компонента. Образовавшийся после проведения механохимической активации продукт представляет собой однородную твердую массу.

Затем продукт активации разбавляют водой предпочтительно с температурой не более 30°С, что приводит к образованию суспензии, содержащей растворенную соль алюминия и кремнеземсодержащий компонент. Разбавление полученного продукта активации проводят до плотности жидкой фазы не более 1,18-1,25 г/см³ в течение не менее 30 минут, обеспечивающей практически полный переход сульфата алюминия в раствор. Далее осуществляют разделение образовавшейся суспензии на твердую и жидкую фазы известными способами. Кислотность промывных вод имеет рН не менее 1,7.

Способ по варианту 2 осуществляется следующим образом. Слоистый алюмосиликат, например каолин, глины и др., при необходимости измельчают до частиц с размерами не более 2 мм. Затем сухое измельченное сырье подают в устройство механической активации, обеспечивающее воздействие не менее 1 Дж/с·г. Непосредственно в устройство механической активации вводят серную кислоту плотностью 1,820-1,839 г/см³, взятую в недостатке по отношению к стехиометрическому количеству. Количество добавляемой кислоты составляет не более 50% стехиометрического. В процессе механохимической активации осуществляется извлечение части алюминийсодержащего компонента из сырья с образованием сульфата алюминия. Образовавшийся после проведения механохимической активации продукт представляет собой порошок, обладающий сыпучестью.

Затем продукт активации разбавляют водой предпочтительно с температурой не более 30°С, содержащей остатки стехиометрического количества кислоты, и таким образом проводят второй этап извлечения алюмосодержащего компонента. Разбавление, совмещенное с извлечением полученного продукта активации, проводят в течение 30 минут до плотности жидкой фазы не более 1,18-1,25 г/см³, обеспечивающей практически полный переход сульфата алюминия в раствор. Образовавшуюся суспензию, содержащую соль алюминия и кремнеземсодержащий компонент, разделяют известными способами. Кислотность промывных вод имеет рН не менее 1,7.

Варианты способа поясняются примерами.

Пример 1 (вариант 1)

Переработку алюмосодержащего сырья осуществляли по вышеописанной технологии варианта 1. В качестве исходной породы брали каолинит с содержанием алюминия в пересчете на оксид алюминия 37,16 мас.%. Предварительно породу измельчали до размеров 0,5-1 мм. Исходное сырье загружали в мельницу, обеспечивающую воздействие порядка 10 Дж/с·г. Небольшими порциями в процессе активации добавляли стехиометрическое количество концентрированной серной кислоты. Процесс активации вели до получения однородной твердой массы в течение 6,5 минут. Разбавление полученного продукта активации проводили водой (t=25°С) при плотности жидкой фазы 1,15 г/см³ в течение 30 минут. Разделение твердой и жидкой фаз осуществляли фильтрованием. При промывке кремнеземистого остатка соотношение ж:т - 2,3:1. Величина рН промывных вод составила 1,7. Проведение процесса активации в таком режиме позволило извлечь 96% алюминия теоретически возможного.

Пример 2 (вариант 1)

Переработку алюмосодержащего сырья осуществляли по вышеописанной технологии варианта 1. В качестве исходной породы брали каолинит с содержанием алюминия в пересчете на оксид алюминия 37,16 мас.%. Предварительно породу измельчали до размеров 0,5-1 мм. Исходное сырье загружали в мельницу, обеспечивающую воздействие порядка 10 Дж/с·г. Порциями в процессе активации добавляли стехиометрическое количество концентрированной серной кислоты, размер первой порции составил 50% стехиометрически необходимого, остальное количество кислоты добавляли равными частями. Процесс активации вели до получения однородной твердой массы в течение 7,5 минут. Разбавление полученного продукта активации проводили водой (t=25°C) при плотности жидкой фазы 1,17 г/см³ в течение 30 минут. Разделение твердой и жидкой фаз осуществляли фильтрованием. При промывке кремнеземистого остатка соотношение ж:т - 4,7:1. Величина рН промывных вод составила 1,9. Проведение процесса активации в таком режиме позволило извлечь 95% алюминия теоретически возможного.

Пример 3 (вариант 2)

Переработку алюмосодержащего сырья осуществляли по вышеописанной технологии варианта 2. В качестве исходной породы брали каолинит с содержанием алюминия в пересчете на оксид алюминия 37,16 мас.%. Предварительно породу измельчали до размеров 0,5-1 мм. Исходное сырье загружали в мельницу, обеспечивающую воздействие порядка 10 Дж/с·г. При активации однократно добавляли концентрированную серную кислоту в количестве 25% стехиометрически необходимой. Процесс активации вели до получения порошка, обладающего сыпучестью в течение 5 минут. Полученный продукт активации подвергали разбавлению, совмещенному с извлечением полученного продукта активации, водой, содержащей остатки стехиометрического количества серной кислоты, (t=25°C) при плотности жидкой фазы 1,17 г/см³ в течение 30 минут. Разделение твердой и жидкой фаз осуществляли фильтрованием. При промывке кремнеземистого остатка соотношение ж:т - 2,3:1. Величина рН промывных вод составила 1,8. Проведение процесса активации в таком режиме позволило извлечь 80% алюминия теоретически возможного.

Пример 4 (вариант 2)

Переработку алюмосодержащего сырья осуществляли по вышеописанной технологии варианта 2. В качестве исходной породы брали каолинит с содержанием алюминия в пересчете на оксид алюминия 37,16 мас.%. Предварительно породу измельчали до размеров 0,5-1 мм. Исходное сырье загружали в мельницу, обеспечивающую воздействие порядка 19 Дж/с·г. При активации однократно добавляли концентрированную серную кислоту в количестве 45% стехиометрически необходимой. Процесс активации вели до получения порошка, обладающего сыпучестью в течение 5 минут. Полученный продукт активации подвергали разбавлению, совмещенному с извлечением полученного продукта активации, водой, содержащей остатки стехиометрического количества серной кислоты, (t=25°C) при плотности жидкой фазы 1,18 г/см³ в течение 30 минут. Разделение твердой и жидкой фаз осуществляли фильтрованием. При промывке кремнеземистого остатка соотношение ж:т - 2,3:1. Величина рН промывных вод составила 1,8. Проведение процесса активации в таком режиме позволило извлечь 87% алюминия теоретически возможного.

Таким образом, способ позволяет снизить затраты на технологию переработки слоистых алюмосиликатов, получить целевой продукт в виде соли алюминия. Кроме того, способ переработки обеспечивает относительно низкую кислотность воды при промывке кремнеземистого остатка, что позволяет использовать эти воды повторно для разбавления продукта активации.

Формула изобретения

1. Способ переработки слоистых алюмосиликатов, выбранных из группы каолинита, обладающих двухслойной пакетной структурой из кремнекислородных тетраэдров и октаэдрического слоя, включающий механическую активацию измельченного исходного сырья, извлечение алюминийсодержащего компонента в виде сульфата алюминия серной кислотой, отделение раствора сульфата алюминия от кремнеземсодержащего компонента, отличающийся тем, что механическую активацию сырья проводят в присутствии серной кислоты плотностью 1,820-1,839 г/см³, взятой в стехиометрическом количестве, извлечение сульфата алюминия осуществляют непосредственно при активации, перевод сульфата алюминия из продукта активации в жидкую фазу проводят водой с температурой не более 30°С до плотности жидкой фазы не более 1,25 г/см³, при этом активацию проводят до полного извлечения алюминийсодержащего компонента.

2. Способ по п.1, отличающийся тем, что при активации обеспечивают воздействие не менее 1 Дж/с·г, а серную кислоту вводят порциями.

3. Способ переработки слоистых алюмосиликатов, выбранных из группы каолинита, обладающих двухслойной пакетной структурой из кремнекислородных тетраэдров и октаэдрического слоя, включающий механическую активацию измельченного исходного сырья, извлечение алюминийсодержащего компонента в виде сульфата алюминия, отделение раствора сульфата алюминия от кремнеземсодержащего компонента, отличающийся тем, что механическую активацию сырья проводят в присутствии серной кислоты плотностью 1,820-1,839 г/см³, взятой в недостатке по отношению к стехиометрическому количеству, перевод сульфата алюминия из продукта активации в жидкую фазу проводят водой с температурой не более 30°С, содержащей остатки стехиометрического количества кислоты до плотности жидкой фазы не более 1,25 г/см³, извлечение сульфата алюминия осуществляют в два этапа - непосредственно при активации сырья и обработке продукта активации водным раствором кислоты.

4. Способ по п.3, отличающийся тем, что при активации обеспечивают воздействие не менее 1 Дж/с·г, а серную кислоту вводят в количестве не более 50% стехиометрического.