Способ переработки глиноземсодержащего сырья

Изобретение относится к цветной металлургии и может быть использовано в производстве глинозема при сернокислотной переработке глиноземсодержащего сырья. Способ переработки глиноземсодержащего сырья включает разложение его серной кислотой, разделение жидкой и твердой фаз, введение в раствор соли аммония, гидролиз смешанного раствора при повышенной температуре, отделение осадка основной сернокислой соли алюминия, переработку его на глинозем. В качестве соли аммония используют сульфит аммония в твердом виде или в виде водного раствора, который вводят в количестве 0,5÷2 моль на 1 моль Al2O3, и гидролиз смешанного раствора ведут при температуре 125÷200°С в течение 0,25-2 часа. Изобретение позволяет снизить температуру гидролиза и одновременно повысить степень извлечения в осадок основной сернокислой соли.1 з.п. ф-лы.

 

Изобретение относится к цветной металлургии и может быть использовано в производстве глинозема при сернокислотной переработке глиноземсодержащего сырья.

Наиболее предпочтительными являются методы, основанные на автоклавном гидролизе сернокислых растворов, сопровождающемся осаждением алюминия в виде основных сернокислых солей типа алунита, и их дельнейшей переработке известными методами с получением глинозема. Общим недостатком всех таких методов является высокая температура гидролиза, требующая применения автоклавов, работающих под давлением свыше 30 атм в агрессивной среде, и недостаточно высокая степень извлечения алюминия в осадок при гидролизе. Это является основной причиной, по которой методы, основанные на гидролизе алюминийсодержащих сернокислых растворов, пока не нашли промышленного применения. В связи с этим, повышение эффективности гидролитических методов выделения алюминия из сернокислых растворов является актуальной задачей.

Известен способ получения чистой окиси алюминия [А.с.941291 СССР, М. кл. 3 С 01 F 7/26, 1978], заключающийся в том, что исходное глиноземсодержащее сырье частично растворяют на первой стадии выщелачивания при 115-125°С в течение 15-60 минут фильтратом со второй стадии выщелачивания, нерастворимый остаток подвергают выщелачиванию на второй стадии при температуре 100-140°С в течение 15-60 минут при давлении 1-3 атм оборотным раствором, содержащим 10-15% свободной серной кислоты, к фильтрату первой стадии выщелачивания добавляют SO2 преимущественно при температуре 20-60°С в герметичном аппарате, нагревают и ведут гидролиз при температуре 220-280°С (преимущественно 240°С) в течение 30 мин, образующийся осадок основного сульфата алюминия после промывки кальцинируют при 1100-1300°С с получением глинозема.

Основными недостатками способа является высокая температура гидролиза при низком выходе алюминия в осадок основной соли (66%). Кроме того, способ характеризуется многостадийностью и значительным количеством операций, осуществляемых при повышенной температуре и давлении.

Наиболее близким к заявленному способу является способ переработки глиноземсодержащего сырья [Запольский А.К. Сернокислотная переработка высококремнистого алюминиевого сырья - Киев, Наук, думка, 1981, С.198-200], включающий приготовление пульпы из измельченного каолина и оборотного раствора серной кислоты, грануляционное спекание шихты при 190-230°С, обжиг гранул при 560-580°С, выщелачивание обожженных гранул при 96-103°С, контрольное фильтрование раствора после выщелачивания, восстановление трехвалентного железа до двухвалентного алюминиевой стружкой при 96-100°С, введение в раствор сульфата калия, натрия или аммония в количестве 1 моль на 3 моль сульфата алюминия, гидролиз в автоклавных условиях при 230-250°С в течение одного часа, отделение осадка искусственного алунита, его промывку, двухстадийный восстановительный обжиг, выщелачивание обожженного продукта при 96-98°С с переводом в раствор сульфата калия, натрия или аммония, промывку и кальцинацию глиноземистого осадка с получением металлургического оксида алюминия.

Известный способ позволяет, за счет введения в раствор сульфата калия, натрия или аммония, повысить степень извлечения алюминия в осадок основной сернокислой соли до ˜ 80%, что, однако, недостаточно, но не устраняет главного недостатка - высокой температуры гидролиза, обусловливающей значительные энергозатраты и сложность аппаратурного оформления стадии гидролиза.

Настоящее изобретение направлено на решение задачи снижения температуры гидролиза при одновременном повышении степени извлечения алюминия в осадок основной сернокислой соли.

Поставленная задача решается тем, что в способе переработки глиноземсодержащего сырья, включающем разложение его серной кислотой, разделение жидкой и твердой фаз, введение в раствор соли аммония, гидролиз смешанного раствора при повышенной температуре, отделение осадка основной сернокислой соли алюминия, переработку его на глинозем, согласно изобретению, в качестве соли аммония используют сульфит аммония, который вводят в количестве 0,5÷2 моль на 1 моль Al2O3, и гидролиз смешанного раствора ведут при температуре 125÷200°С в течение 0,25÷2 часа.

На решение поставленной задачи направлено также то, что сульфит аммония используют в твердом виде или в виде водного раствора.

В качестве глиноземсодержащего сырья используют преимущественно нефелин, но могут быть использованы и другие виды сырья, например каолин.

Основную сернокислую соль алюминия перерабатывают на металлургический глинозем любым известным способом.

Сущность изобретения заключается в том, что гидролиз сернокислого раствора от разложения глиноземсодержащего сырья ведут в присутствии сульфита аммония. Присутствующая в растворе свободная серная кислота, как более сильная, при взаимодействии с сульфитом аммония вытесняет из него более слабую сернистую кислоту, которая легко разлагается на Н2O и SO2, который удаляется из раствора в газовую фазу. В результате этого кислотность раствора сначала быстро уменьшается и в дальнейшем поддерживается на постоянном уровне, достаточно низком, чтобы обеспечить протекание реакции в сторону гидролиза. Кроме того, выделяющийся диоксид серы одновременно будет восстанавливать железо до двухвалентного состояния, что будет способствовать получению более чистых по железу осадков основной сернокислой соли алюминия. В условиях отсутствия свободной серной кислоты сульфит аммония взаимодействует непосредственно с сернокислой солью алюминия с образованием промежуточного соединения, более склонного к гидролизу, чем исходная сернокислая соль алюминия, что также способствует сдвигу реакции в сторону гидролиза. При введении сульфита аммония в количестве 0,5÷2 моль на 1 моль Al2O3, температуре 125÷200°С и продолжительности гидролиза 0,25÷2 часа обеспечивается создание условий, при которых достигается достаточно высокая степень извлечения алюминия в осадок основной сернокислой соли.

При введении сульфита аммония в количестве менее 0,5 моль на 1 моль Al2O3 становится невозможным поддержание кислотности на уровне, необходимом для протекания гидролиза: по расходовании сульфита аммония кислотность раствора возрастает в такой степени, что реакция гидролиза прекращается. Это приводит к резкому снижению степени извлечения алюминия в осадок основной сернокислой соли.

Введение сульфита аммония в количестве более 2 моль на 1 моль Al2O3 не способствует дальнейшему повышению степени извлечения алюминия восадок основной сернокислой соли, но приводит к неоправданному увеличению материальных потоков и энергозатрат.

При температуре ниже 125°С реакции гидролиза, являющейся эндотермической, протекает не до конца, что приводит к снижению степени извлечения алюминия в осадок основной сернокислой соли.

Повышение температуры гидролиза более 200°С не приводит к увеличению степени извлечения алюминия в осадок основной сернокислой соли, но энергетические затраты существенно возрастают.

Продолжительность гидролиза менее 0,25 часа не позволяет достичь достаточно высокой степени извлечения алюминия.

Увеличение продолжительности гидролиза более 2 часов не способствует повышению степени извлечения алюминия в осадок основной сернокислой соли, но вызывает неоправданное увеличение энергетических затрат.

Сущность предлагаемого способа и достигаемые результаты более наглядно могут быть проиллюстрированы следующими примерами.

Пример 1. 500 г нефелинового концентрата, имеющего химический состав, мас.%: 28,4 Al2O3, 14,3 Na2O, 6,75 К2O, 3,5 Fe2O3, 42,3 SiO2, 4,75 прочие, в течение трех часов равномерно загружают при перемешивании в 1730 мл 25%-ной серной кислоты при температуре 90°С.Разложение ведут в термостатированном лабораторном реакторе с обратным холодильником. По окончании загрузки пульпу дополнительно перемешивают в течение 0,5 часа и фильтруют на нутч-фильтре площадью 2,5 дм2. Осадок промывают на фильтре 500 мл горячей воды, объединяя промывную воду с основным фильтратом. Получают 1780 мл раствора, содержащего, г/л: 72,5 AlO3, 36,1 Na2O, 14,3 К2O, 3,6 Fe2O3, 0,2 SiO2. Раствор заливают в автоклав емкостью 2,5 литра, вводят в него 73,4 г безводного сульфита аммония - (NH4)2SO3 (0,5 моль на 1 моль Al2O3), нагревают в воздушном термостате до 200°С и ведут гидролиз в течение 0,25 час. После остывания автоклава суспензию фильтруют, образовавшийся осадок четырехкратно промывают на фильтре горячей водой порциями по 500 мл и сушат при 105°С до постоянной массы. Получают 408,5 г осадка, содержащего, мас.%: 29,7 Al2O3, 6,2 К2O, 1,5 Na2O, 0,8 (NH4)2O, 46,7 SO42- 0,45 Fe2O3, 0,3 SiO2. Степень извлечения алюминия в осадок основной сернокислой соли составляет 94,0%. Полученный осадок прокаливают при 525°С в течение 1,5 часа, охлаждают и обрабатывают 1370 мл 4%-ного раствора гидрата аммония при постепенном нагревании до 90°С в течение 1 часа. Полученную суспензию фильтруют. Осадок промывают водой и растворяют в 900 мл раствора, содержащего 52 г/л NaOH при температуре 90°С в течение 1 часа. Алюминатный раствор после отделения от нерастворимого остатка подвергают частичной карбонизации путем пропускания CO2 в течение 10 минут и последующему перемешиванию в течение 6 часов. Выделившийся гидроксид алюминия отделяют от раствора, промывают и прокаливают при 1300°С в течение 1 часа. Получают 128 г металлургического глинозема, содержащего 0,02% SiO2 и 0,015% Fe2O3.

Пример 2. 500 г каолина, обожженного при 580°С в течение трех часов и имеющего химический состав, мас.%: 35,5 Al2O3, 0,2 Na2O, 1,2 К2O, 2,65 Fe2O3, 55,2 SiO2, 5,25 прочие, в течение трех часов выщелачивают 1540 мл 30%-ной серной кислоты при температуре 100°С. Полученную пульпу фильтруют на нутч-фильтре площадью 2,5 дм2. Осадок промывают на фильтре 500 мл горячей воды, объединяя промывную воду с основным фильтратом. Получают 1590 мл раствора, содержащего, г/л: 90,4 Al2O3, 0,15 Na2O, 1,3 К2O, 3,3 Fe2O3, 0,3 SiO2. Раствор заливают в автоклав емкостью 2,5 литра, вводят в него 503,0 г 65%-ного раствора сульфита аммония - (NH4)2SO3 (2 моль на 1 моль Al2O3), нагревают в воздушном термостате до 200°С и ведут гидролиз в течение 2 час. После остывания автоклава суспензию фильтруют, образовавшийся осадок четырехкратно промывают на фильтре горячей водой порциями по 500 мл и сушат при 105°С до постоянной массы. Получают 465,7 г осадка, содержащего, мас.%: 30,4 Al2O3, 0,44 К2O, 0,05 Na2O, 1,75 (NH4)2O, 48,6 SO42-, 0,34 Fe2O3, 0,2 SiO2. Степень извлечения алюминия в осадок основной сернокислой соли составляет 98,5%. Осадок перерабатывают на металлургический глинозем согласно примеру 1.

Пример 3. 1780 мл раствора, имеющего состав по примеру 1, заливают в автоклав, вводят в него 339,2 г моногидрата сульфита аммония - (NH4)2SO3·H2O (2 моль на 1 моль Al2O3), нагревают в воздушном термостате до 125°С и ведут гидролиз в течение 2 час. После фильтрования, промывки и сушки получают 411,8 г осадка, содержащего 29,7% Al2O3. Степень извлечения алюминия в осадок основной сернокислой соли составляет 94,8%. Осадок перерабатывают на металлургический глинозем согласно примеру 1.

Пример 4. 1780 мл раствора, имеющего состав по примеру 1, заливают в автоклав, вводят в него 110,1 г безводного сульфита аммония (0,75 моль на 1 моль Al2O3), нагревают в воздушном термостате до 175°С и ведут гидролиз в течение 1,5 час. После фильтрования, промывки и сушки получают 409,0 г осадка, содержащего 30,7% Al2O3. Степень извлечения алюминия в осадок основной сернокислой соли составляет 97,3%. Осадок перерабатывают на металлургический глинозем согласно примеру 1.

Пример 5. 1780 мл раствора, имеющего состав по примеру 1, заливают в автоклав, вводят в него 254,4 г моногидрата сульфита аммония (1,5 моль на 1 моль Al2O3), нагревают в воздушном термостате до 150°С и ведут гидролиз в течение 1,0 час. После фильтрования, промывки и сушки получают 416,5 г осадка, содержащего 30,8% Al2O3. Степень извлечения алюминия в осадок основной сернокислой соли составляет 99,4%. Осадок перерабатывают на металлургический глинозем согласно примеру 1.

Пример 6. 1780 мл раствора, имеющего состав по примеру 1, заливают в автоклав, вводят в него 146,8 г безводного сульфита аммония (1,0 моль на 1 моль Al2O3), нагревают в воздушном термостате до 160°С и ведут гидролиз в течение 0,75 час. После фильтрования, промывки и сушки получают 413,5 г осадка, содержащего 30,6% Al2O3. Степень извлечения алюминия в осадок основной сернокислой соли составляет 98,1%. Осадок перерабатывают на металлургический глинозем согласно примеру 1.

Пример 7. 1780 мл раствора, имеющего состав по примеру 1, заливают в автоклав, вводят в него 212,0 г моногидрата сульфита аммония (1,25 моль на 1 моль Al2O3), нагревают в воздушном термостате до 140°С и ведут гидролиз в течение 1,25 час. После фильтрования, промывки и сушки получают 411,1 г осадка, содержащего 31,1% Al2O3. Степень извлечения алюминия в осадок основной сернокислой соли составляет 99,1%. Осадок перерабатывают на металлургический глинозем согласно примеру 1.

Примеры 8-11 соответствуют осуществлению способа вне заявленных

пределов режимных параметров.

Пример 8. 1780 мл раствора, имеющего состав по примеру 1, заливают в автоклав, вводят в него 48,4 г безводного сульфита аммония (0,33 моль на 1 моль Al2O3), нагревают в воздушном термостате до 225°С и ведут гидролиз в течение 2,5 час. После фильтрования, промывки и сушки получают 368,5 г осадка, содержащего 29,2% Al2O3. Степень извлечения алюминия в осадок основной сернокислой соли составляет 83,5%.

Пример 9. Осуществляют операции по примеру 3, за исключением того, что раствор нагревают в воздушном термостате до 100°С.После фильтрования, промывки и сушки получают 332,5 г осадка, содержащего 29,0% Al2O3. Степень извлечения алюминия в осадок основной сернокислой соли составляет 74,7%.

Пример 10. Осуществляют операции по примеру 2, за исключением того, что гидролиз ведут в течение 0,2 час. После фильтрования, промывки и сушки получают 325,6 г осадка, содержащего 29,8% Al2O3. Степень извлечения алюминия в осадок основной сернокислой соли составляет 67,5%.

Пример 11. 1780 мл раствора, имеющего состав по примеру 1, заливают в автоклав, вводят в него 330,3 г безводного сульфита аммония (2,25 моль на 1 моль Al2O3), нагревают в воздушном термостате до 225°С и ведут гидролиз в течение 2,5 час. После фильтрования, промывки и сушки получают 426,5 г осадка, содержащего 30,1% Al2O3. Степень извлечения алюминия в осадок основной сернокислой соли составляет 99,5%.

Пример 12 (по прототипу). В 1590 мл раствора, имеющего состав по примеру 2, растворяют 2,53 г алюминиевой стружки при температуре 98°С, вводят 64,0 г сернокислого аммония (1 моль на 3 моль Al2(SO4)3), нагревают в автоклаве до 230°С и ведут гидролиз в течение 1 час. После фильтрования, промывки и сушки получают 388,8 г осадка, содержащего 30,4% Al2O3. Степень извлечения алюминия в осадок основной сернокислой соли составляет 79,6%.

Как следует из приведенных примеров, предлагаемый способ позволяет, по сравнению с прототипом, снизить на 30-105°С температуру гидролиза и одновременно повысить степень извлечения алюминия в осадок основной сернокислой соли вплоть до 99,4%.

1. Способ переработки глиноземсодержащего сырья, включающий разложение его серной кислотой, разделение жидкой и твердой фаз, введение в раствор соли аммония, гидролиз смешанного раствора при повышенной температуре, отделение осадка основной серно-кислой соли алюминия, переработку его на глинозем, отличающийся тем, что в качестве соли аммония используют сульфит аммония, который вводят в количестве 0,5÷2 моль на 1 моль Al2O3, и гидролиз смешанного раствора ведут при температуре 125÷200°С в течение 0,25-2 ч.

2. Способ по п.1, отличающийся тем, что сульфит аммония используют в твердом виде или в виде водного раствора.



 

Похожие патенты:
Изобретение относится к технологии переработки алюмосиликатного сырья, преимущественно нефелина или нефелинового концентрата. .
Изобретение относится к способам получения глинозема и стекломатериалов из высококремнистого глиноземсодержащего сырья. .
Изобретение относится к технологии переработки минерального сырья. .
Изобретение относится к технологии неорганических веществ, в частности к переработке сыннырита, и может быть использовано в технологии получения хлористого калия.

Изобретение относится к технологии неорганических веществ и может быть использовано при получении алюминийсодержащих коагулянтов для очистки воды и осаждения минеральных взвесей из водных суспензий.

Изобретение относится к области цветной металлургии и может быть использовано при производстве алюмокалиевых квасцов из сыннырита. .
Изобретение относится к технологии неорганических веществ и может быть использовано при получении кремнеземсодержащих растворов солей алюминия, применяемых в качестве коагулянтов-флокулянтов для очистки сточных и питьевых вод, а также осаждения твердых взвесей из минеральных суспензий при очистке больших объемов высокомутной воды

Изобретение относится к химии и металлургии и предназначено для переработки глиноземсодержащего сырья и вскрытия такого сырья. Способ переработки осуществляется в виде кругового процесса, включающего: стадию вскрытия, на которой приготавливают нагретый раствор-реагент, содержащий гидросульфат аммония, в который добавляют серную кислоту, и проводят разложение сырья раствором-реагентом с получением пульпы, содержащей раствор алюмоаммонийных квасцов с твердыми остатками разложения, разделение горячей пульпы на твердую и жидкую фазы с получением неразложившихся твердых остатков и маточного раствора квасцов, промывают твердые остатки водой, при этом раздельно собирают маточный раствор квасцов и промывные воды; стадию очистки, на которой промывные воды очищают от железа методом осаждения, затем их объединяют с маточным раствором квасцов и получают предварительно очищенный маточный раствор с последующим восстановлением содержащегося в этом растворе железа до двухвалентного состояния и охлаждением раствора с выделением кристаллов алюмоаммонийных квасцов, отделением их от маточного раствора и растворением в чистой воде с получением очищенного от примесей железа раствора квасцов, при этом из маточного раствора выделяют серную кислоту, которую затем используют на стадии вскрытия при приготовлении раствора-реагента; стадию осаждения, на которой получают гидроксид алюминия, осажденный из очищенного от примесей железа раствора квасцов воздействием на этот раствор аммиаком; стадию отделения осажденного гидроксида алюминия, на которой получают полупродукт в виде указанного гидроксида с одновременным получением остаточного раствора сульфата аммония, образовавшегося на стадии осаждения; стадию получения твердого сульфата аммония и стадию термического разложения твердого сульфата аммония, на которой получают гидросульфат аммония и аммиак, используемые соответственно на стадии вскрытия при приготовлении раствора-реагента и на стадии осаждения. Изобретение позволяет перерабатывать любое глиноземсодержащее сырье при невысоких температурах с одновременным снижением энергозатрат, уменьшить потери реагентов и требуемый объем их восполнения в ходе осуществления кругового процесса. 2 н. и 24 з.п. ф-лы, 2 ил., 1 табл., 36 пр.
Наверх