СПОСОБ ПЕРЕРАБОТКИ ЩЕЛОЧНЫХ АЛЮМОСИЛИКАТОВ

Использование: переработка щелочных алюминиевых руд для получения хлоридов алюминия, железа, сульфатов калия, натрия, а также полешпатовых материалов. Сущность изобретения: щелочные алюмоси-ликаты подвергают обработке 8-10%-ной серной кислотой при 90-105 °С, а затем 20-25 % -ной соляной кислотой при 80-100 °С. 1 табл.

Изобретение относится к переработке щелочных алюминиевых руд с целью получения хлоридов алюминия, железа, сульфатов калия, натрия, а также полешпатовых минералов.
Известны способы переработки алюминиевых руд с H2SO4 с последующим отделением сульфата же-леза от алюминия и прокаливания последнего до металлургического глинозема.
Недостатком этого способа является большой расход энергии на разложение сульфата алюминия.
Известен способ переработки алюминиевого сырья, включающий выщелачивание соляной кислоты с получением хлоридного раствора, кристаллизацию хлоридов алюминия, щелочных и щелочноземельных материалов из раствора, термическое разложение кристаллов до чернового глинозема и его последующую переработку по Байеру.
Недостатками способа являются малоценность хлоридов щелочных и щелочноземельных материа-лов, а также некомплексное использование получаемых при обработке сырья продуктов.
Известен способ переработки алюминиевого сырья, включающий двухстадийную кислотную обра-ботку вначале 18-20%-ной азотной кислотой с последующей сушкой при 300°С в течение 20-30 мин и вод-ным выщелачиванием при температуре 800С, а затем 50%-ной серной кислотой, которая переводит в рас-твор сульфат алюминия, очищает его высаливанием от железа и других примесей, а из сульфата алюминия термическим разложением получают глинозем.
Прототипом предлагаемого изобретения является переработки алюминиевого сырья, включающий двухстадийную кислотную обработку, вначале азотной, а затем серной.
Недостатками способа являются сложность процесса азотнокислой обработки сырья из-за последу-ющей сушки образуемых продуктов при 300°С, который требует дополнительных технологических опера-ций и оборудования, а также больших энергозатрат; большие энергозатраты на прокаливание при терми-ческом разложении получаемого сульфата алюминия.
Целью изобретения является упрощение процесса.
Это достигается тем, что алюминиевая руда подвергается двухстадийной кислотной обработке вна-чале 8-10 %-ной серной с дозировкой 120-150 % от стехиометрии при 90-1050С в течение 0-5-1,5 ч с после-дующим отделением твердого остатка от сульфатного раствора фильтрацией. Серная кислота дозируется из расчета образования сульфата натрия, калия и кальция из легковскрываемых кислотами алюмосиликат-ных минералов. Затем на второй стадии твердый остаток обрабатывается 20-25%-ной соляной кислотой с дозировкой HСl-140-160 % от стехиометрии при 80-1000С, в течение 1,5-2,5 ч. При этом соляная кислота дозируется из расчета образования хлоридов алюминия и железа из легковскрываемой формы соединений алюминия и железа в твердом остатке.
Результаты исследований по заявленному способу переработки алюминийсодержащего сырья -нефелиновых сиенитов приведены в табл.1.
Влияние концентрации серной кислоты на извлечение компонентов сырья показано в табл. 1 (опыты 1-4). Как видно при обработке сырья кислотой с увеличением концентрации от 5 до 10 % степень извлече-ния Na2O, K2O и CaО соответственно возрастает от 37,9 до 50,0 %; от 8,2 до 8,9; от 69,3 до 78,3, при этом степень извлечения оксидов алюминия и железа не превышает 10 %. Дальнейшее увеличение концентрации приводит к уменьшению степени извлечения компонентов вследствие уменьшения Ж:Т (жидкой к твердой фаз).
Влияние температуры процесса сернокислотного разложения на степень извлечения компонентов можно проследить в опытах 5-8. Как видно с повышением температуры степень извлечения компонентов возрастает. Степень извлечения Na2O, K2O и CaО при 1000 соответственно достигают 52,2, 14,5, 76,0 %, а степень извлечения Al2O3 в интервале 70 - 1000 С уменьшается от 6,0 до 2,0, что происходит из-за гидролиза сульфата алюминия. Повышением температуры не следует увеличить степень извлечения компонентов, в частности Na2O, K2O, так как из-за уменьшения содержания последних ниже 8 % от общей массы компонен-том в нерастворимом остатке - полевых шпатах приводить к ухудшению качества полевошпатового мате-риала.
В опытах 9-12 показано влияние длительности процесса сернокислотной обработки на извлечение компонентов. Как видно при длительности процесса от 15 до 30 мин степень извлечения Na2O и СаO возрас-тает соответственно от 40,2 до 45,3 %, от 75,0 до 78,6 %. Оптимальным условием длительности выщелачи-вания с учетом извлечения компонентов 1,5-2,0.
Результаты исследований по влиянию дозировки Н2SO4 на степень извлечения компонентов руды приведены на опытах 13-16. Дозировка серной кислоты ниже 140 % от стехиометрически необходимого приводить к уменьшению степени извлечения компонентов, а увеличение дозировки кислоты выше 150 % от стехиометрии нецелесообразно из-за повышенной кислотности получаемой пульпы.
Результаты исследований солянокислотного выщелачивания остатка (вторая стадия обработки) по-казаны в табл.1.
В опытах 1-4 приведено влияние концентрации соляной кислоты на извлечение компонентов твердо-го остатка от сернокислотного выщелачивая. Оптимальной концентрацией являются 20 %, концентрации соляной кислоты ниже или выше 20-25 % приводит к уменьшению извлечения компонентов.
В опытах 13-16 таблицы показано влияние дозировки соляной кислоты на степень извлечения ком-понентов твердого остатка. Дозировка HСl ниже 140 % от стехиометрии не приводит к достаточному извле-чению компонентов твердого остатка, а дозировка HСl выше 160 % нецелесообразно.
Переработку осуществляют следующим образом. В реактор для выщелачивания, который соединен с термостатом, помещают сырье и наливают необходимое количество серной кислоты. После проведения процесса выщелачивания содержимую в реактор пульпу промывают и фильтруют. Оставшийся на фильтре остаток сушат и подвергают солянокислотной обработке, после чего операции промывки и разделения твердой и жидкой фаз повторяются.
Пример: 2 кг нефелиновых сиенитов следующего химического состава, %: Al2O3 22,0; Fe2O3 6,4; Na2O 6,5; K2O 6,6; CaО 2,5; SiO2 53,0 крупностью менее 0,1 мм помещают в реактор для выщелачивания и добав-ляют 3,4 л 8%-ной серной кислоты. Температуру в реакторе поддерживают термостатом на уровне 95-1000 С. Процесс выщелачивания проводят в течение 1,5 ч. После окончания процесса полученную пульпу про-мывают и фильтрацией отделяют твердый остаток от маточного раствора. Масса остатка после сернокис-лотного выщелачивания составляла 1,86 кг. При этом достигается следующее извлечение компонентов, %: Al2O3 4,8; Fe2O3 10,2; Na2O 50,8; K2O 8,9; CaО 77,6.
Остаток после сернокислотного выщелачивания подвергают солянокислотной обработке. С этой це-лью остаток помещают в реактор и прибавляют 5,9 л 20%-ной кислоты. Температура процесса поддержи-вают в пределах 95-1000 С, процесс выщелачивания длится 2,0 ч. После завершения процесса полученную пульпу фильтруют и промывают. Масса твердого остатка, представляющая собой обезжелезованные по-лешпатового материала, составляет 1,565 кг. При этом степень извлечения компонентов составляет,%: Al2O3 50,1; Fe2O3 92,2; Na2O 8,0; K2O 3,9; CaО 10,9.
Следует отметить, что предлагаемый способ позволяет осуществлять комплексную переработку алюминийсодержащих руд, так как на первой стадии, т.е. при сернокислотном выщелачивании, щелочные и щелочноземельные металлы извлекаются в виде ценных сульфатов.
На второй стадии, т.е. при солянокислотной обработке шлама, получается смесь хлоридов алюминия и железа, которая может быть использована как коагулянт для очистки сточных и питьевых вод.
Остаток после кислотных обработок, представляющий собой полешпатовые минералы, являются де-фицитным дорогостоящим материалом для производства фарфора.
Требование к полевым шпатам(пегматиту) по ГОСТУ 7030-54 следующие:

Показатель I сорт II сорт III сорт
Fe2O3, % не
более 0,2 0,3 0,5
Щелочи,% не
менее (Na2O, K2O) 8 8 8
Cвободный SiO2 ,
% не более 30 30 30
CaО, % не более 2 2 2

Полученные нами полешпатовые минералы были испытаны в лабораторных условиях на качество и содержание составляющих компонентов. Это полешпатовые материалы вполне отвечают всем предъявляе-мым к ним требованиям ГОСТа.
Содержание компонентов полешпатовых
материалов следующее:

Компоненты, % II сорт
Fe2O3 0,28
K2O 10,0
Na2O 5,1
SiO2общ. 74
SiO2свобод. 28
CaО 2

Предлагаемый способ позволяет расширить сырьевую базу производства удобрений, коагулянтов, полешпатовых материалов и других продуктов за счет вовлечения в производство нефелинов, нефелиновых сиенитов и других алюминийсодержащих руд, а также создает условия для комплексного извлечения из сырья большинство сопутствующих полезных компонентов и конкурентоспособен по экономическим, эко-логическим и технологическим показателям по сравнению с существующим методами переработки алюми-нийсодержащего сырья.

1. Запольский А.К. и др. Кислотные способы переработки низкокачественного алюминиевого сырья. Цвет-ные металлы. 1980, № 5.
2. Патент США № 247604, кл. 23-143, 1960.
3. Авторское свидетельство СССР № 220252, кл. С 01F 7/26, 1966.