СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ МИРАБИЛИТА ИЗ ЖИДКИХ ОТХОДОВ АЛЮМИНИЕВОГО ПРОИЗВОДСТВА

Изобретение относится к способам переработки полиминеральных жидких отходов технического сырья криолита алюминиевого производства.

В жидких отходов технического сырья криолита содержится в определенных количествах сульфат и фторсодержащие соли натрия и кальция. Состояние равновесной фазы такого состава веществ в определенных условиях можно определить из жидких отходов регенерационных вод при условии утилизации криолита. Процесс кристаллизации и растворимости этих солей жидких отходах данного производства на основе закономерности равновесных фаз шестикомпонентных систем и систем составляющих пяти – четырёхкомпонентных систем.

Известны различные способы получения сульфата натрия из гидратированных источников сульфата натрия. Сульфат натрия коммерческих сортов высокого качества обычно получают из глауберовой соли (Na2SO4 •10H2O). Залежи натуральной глауберовой соли ("мирабилита") встречаются в зонах холодного климата. Глауберова соль может быть также получена охлаждением природного рассола, раствора, полученного в результате добычи раствора, или технологического потока. Охлаждение выполняют в бассейнах или в кристаллизаторах (с поверхностным охлаждением или с охлаждением под вакуумом) [1].

Безводный сульфат натрия обычно получают из глауберовой соли испарительной кристаллизацией в многокорпусном испарителе или в испарителе с механической рекомпрессией паров, дегидратацией в сушильном барабане или плавлением с последующим высаливанием хлоридом натрия.

Однако  получение  сульфата натрия является процессом, приносящим невысокую прибыль, даже когда хлорид натрия, полученный в качестве побочного продукта, может быть продан. Многостадийные процессы, описанные выше, являются дорогостоящими с точки зрения капитало- и энергозатрат.

Другим недорогим источником сульфата натрия является водный сульфат натрия. Однако соотношение воды и сульфата натрия в водном сульфате натрия выше, чем соотношение воды и сульфата натрия в глауберовой соли. Таким образом, проблема избытка воды значительно усложняется. Поэтому циклические способы с использованием в качестве сырья водного сульфата натрия до настоящего времени не разработаны.

Таким образом, существует большая потребность в разработке, и было бы очень выгодно располагать способом получения сульфата калия из сульфата натрия, который был бы более эффективным и более экономичным, чем известные способы.

Известны многие способы химической переработки полиминеральных руд, такие как выщелачивание и в последствие применение физико-химического метода флотации для твёрдых остатков, повторное выщелачивание твердого остатка, а также физический цикл перекристаллизации [2].  

Однако, на такие поэтапные переработки полиминеральных источников требуется много времени, а также сложных технологических схем.

Наиболее близким к предлагаемому по технической сущности и достигаемому эффекту является способ получения мирабилита путем растворения испытуемой  пробы в горячих оборотных щелоках, затем при охлаждении отделяя остаток, его фильтрат обрабатывали большим количеством воды при комнатной температуре с целью выделения мирабилита [3].

Недостатками этого способа являются невысокий выход вещества и большой расход растворителя.

Целью изобретения является получение мирабилита из жидких отходов промывки технического криолита алюминиевого производства.

 Поставленная цель достигается путем переработки натрий содержащих полиминеральных жидких отходов путем растворения и насыщения с помощью вспомогательных реагентов и перекристаллизации мирабилита после равновесной фазы.

Для осуществления данного изобретения используется простой физический метод переработки пробы жидких отходов путем растворения  и насыщения для получения испытуемого маточного раствора, в дальнейшем перемешивание и перекристаллизация.

Сущность изобретения заключается в том, что путем переработки жидких промывных отходов технического сырья криолита методом выщелачивания проводят отделение твёрдых остатков и их возвращения на растворение исходного маточного раствора,  и промывание фильтрата с водой  при комнатной температуре. Для переработки  пробы отходов производство алюминия были проведены сравнительные опыты  при  0оС и 25оС в течение  от 50 до 100 часов. При перемешивании смесь отходов используют магнитный аппарат PD-09  в течение от 50 – 100 часов, температуры процесса опыта измеряют с помощью контактного термометра с точностью ±0,1оС.  Кристаллизация твёрдых фаз контролировали с помощью микроскопа марки «ПОЛАМ-P 311». После установления последнего равновесия состояние твёрдых фаз, его фотографировали с аппаратом «SONY- DSC-S500». Для выделения твердого мирабилита из смесей был принят метод вакуумной фильтрации с помощью воронки Бюхнера, колбы Бунзена и вакуумный насос. Осадок промывали 96% - ым этиловым спиртом и его высушивали при 120оС в сушильном шкафе.

Химический анализ данной пробы полиминеральных отходов до начала испытания показал, что в его составе количество ионов натрия кальция содержится Na+0,25мг/л, Са2 + 7,2 мг/л, SO42 – 1100 мг/л и F – 0,60 мг/л. С целью приготовления нового испытуемого маточного раствора были использованы следующие реагенты: Na2SO4·10H2O (х.ч.); NaF (ч); CaF2 (ч);  CаSO4·2H2O (х.ч).

Четырёхкомпонентной системы Na,Ca//SO4,F- H2O является составной частью относительно сложной шестикомпонентной Na,Ca//SO4,CO3,НCO3,F- H2O системы.

Из диаграммы растворения состояния системы Na,Ca//SO4,F- H2O  видно, что при 0оС (Фиг.1.) мирабилит сопредельничает (граничит) с фазами гипса и виломита. Из результатов эксперимента стало ясно, что в нонвариантных точках трёхкомпонентной поверхности, мирабилит обладает способностью отдельно быстрее осаждаться, оставляя свой граничные фазы гипса и виломита. При этом пере кристаллизу

ется 4,76 г чистого мирабилита без следов гипса и виломита.

Далее с целью получения большого количество мирабилита из этого полиминерального отхода (подобным методом в таком же количестве) был проведен опыт при 25оС. Из диаграммы растворения четырёхкомпонентной системы натрий, кальций содержащих испытуемого система, при повышении температуры до 25оС (Фиг. 2)  видно что, действие тепла приводит к изменению фазового баланса, то есть строение диаграммы вышеуказанной системы, в котором мирабилит сопредельничает (граничит) с новыми фазами – шейрерит  и глауберит. Результат осаждения мирабилита из такой новой фазы, его количество равняется 34 г/моль, а при перекристаллизации его количество стало равно 29,4 г данной соли (разность 34 – 4,76).

Предлагаемый метод является более эффективным из – за простоты метода и применяемого технического аппарата.

Пример 1. 

 10 кг технического отхода маточного раствора производств имеющихся в состав сульфатов, фторидов натрия и кальция переработали при 0оС, в течение 50 часов с помощью щелокам по известному методам. Затем путем концентрирование пульпу, осветляли насышенный щелок от остаток. Количество остаток переходящих в состав раствор равно на 3,2360 кг, содержание количество ионов  в нём %:  Na+ 0,25; Са2+ 7,2; SO42 –  11,00 и F – 0,60.  После осветление пулпы с помощью раствора этилового спирта и фильтрации, образовалась 5,18 кг нерастворимогоосадка и образуется 1,944 допольнительного растворимого полиминерала в котором содержание ионов в%:  Na+ 1,002; Са2+ 0,043; SO42 –  0,043 и F – 0,488.  В конце испытание чистый щелок возвращают в цикл повторное переработки. Общие количеств извлеченные мирабилита из отходов полиминерала составляет 51,8%.   

Пример 2. 

15 кг технического отхода маточного раствора производств имеющихся в состав сульфатов, фторидов натрия и кальция переработали при 25оС, в течение 50 часов с помощью щелокам по известному методам. Затем путем концентрирования пульпы, осветляли насышенный щелок от остаток. Количество остаток переходящих в состав раствор равно на 4,53  кг, содержание количество ионов  в нём %:  Na+ 0,9; Са2+ 0,56; SO42 – 1,55 и F – 1,65.  После осветление пулпы с помощью раствора этилового спирта и фильтрации, образовалась 5,55 кг нерастворимогоосадка и образуется 4,92 допольнительного растворимого полиминерала в котором содержание ионов в %:  Na+ 3,78; Са2+ 0,055; SO42 –  6,66 и F – 0,54.  В конце испытание чистый щелок возвращают в цикл повторное переработки. Общие количеств извлеченные мирабилита из отходов полиминерала составляет 63%.