Физико-химические аспекты сульфатизации каолиновых глин Таджикистана

ДОКЛАДЫ АКАДЕМИИ НАУК РЕСПУБЛИКИ ТАДЖИКИСТАН _2017, том 60, №7-8_

МЕТАЛЛУРГИЯ

УДК 669.054:669.071

Н.А.Наимов, Дж.Р.Рузиев, Х.Э.Бобоев, А.Х.Сафиев, академик АН Республики Таджикистан Х.Сафиев

ФИЗИКО-ХИМИЧЕСКИЕ АСПЕКТЫ СУЛЬФАТИЗАЦИИ КАОЛИНОВЫХ

ГЛИН ТАДЖИКИСТАНА

Государственное учреждение «Научно-исследовательский тут металлургии»

ГУП «ТАлКо»

В работе приведены результаты исследований по установлению состава и оптимальных параметров сернокислотного способа переработки каолиновых глин Таджикистана. Проведенные исследования показали, что из каолиновых глин Таджикистана при сульфатизации серной кислотой можно получить сульфат алюминия, являющийся сырьём для производства гидроксида алюминия, криолита, фтористого алюминия и глинозема.

Ключевые слова: каолиновые глины, сернокислотный способ, дегидратирующий обжиг, сульфат алюминия, гидроксид алюминия, производство глинозема.

Согласно геологическому отчету Зиддинской партии, подсчитанные запасы угля в месторождении составляют 228 млн. т, запасы огнеупорных каолиновых глин - 67 млн. т, то есть Зиддинское месторождение представляет интерес не только как источник угля, но и как источник сырья для производства глинозема и огнеупорных изделий [1]. Учитывая, что в Таджикистане (г.Яван) наряду с заводами по производству криолита и фтористого алюминия построено предприятие по выпуску серной кислоты мощностью до 130 тыс. т/г, появилась возможность реализации актуальной задачи -переработки каолиновых глин сернокислотным способом с получением солей алюминия или глинозема в одном промышленном комплексе.

Для определения химического и минералогического составов каолиновых глин месторождения «Зидди» были проведены химический и рентгенофазовый анализы. В результате проведенных исследований определен химический состав каолиновых глин (мас.%): SiO2 - 69.4; А1203 -21.4; Fe2O3 - 3.22; СаО - 1.80; MgO - 0.80; N20 - 0.60; К2О - 0.70; ТЮ2 - 1.20. Рентгенофазовым анализом установлено, что составляющими минералами руды являются каолинит и кварц.

При взаимодействии исходного каолина с 85-90%-ной серной кислотой, используемой в количестве 90-100% от стехиометрии, при температуре 180-200°С и продолжительности процесса 50-60 мин. степень извлечения оксида алюминия достигала 55%.

Из литературных данных известно, что до настоящего времени нет единого мнения в отношении последовательности химических превращений при обжиге каолинов, хотя изучению этого вопроса посвящено много работ. Некоторые исследователи считают, что в области температур 500-600°С,

Адрес для корреспонденции: Сафиев Хайдар. 734003. Республика Таджикистан, г. Душанбе, ул. Х.Хакимзаде, 17, ГУ «Научно-исследовательский институт металлургии» ГУП «ТАлКо». Е-mail: inmet.talco@mail.ru; h.safiev@mail.ru

когда происходит разрушение молекулы каолинита с выделением гидроксильной воды, образуется смесь аморфных оксидов алюминия и кремния [2]. Другие авторы утверждают об образовании мета-каолинита Аl20з•2Si02 [3]. В некоторых работах высказывается мнение также о получении метакао-линита, который при 930°С распадается с образованием у-глинозема и кремнезема. При дальнейшем нагревании выше 900°С происходит образование силлиманита или муллита.

В связи с этим был изучен процесс дегидратирующего обжига каолиновых глин месторождения «Зидди» с последующей сульфатизацией серной кислотой, рез ы которого представлены на рис. 1.

—V-»---Т-"-1 т» М1Ш

20 \40 80 100

Рис. 1. Зависимость степени извлечения глинозема от температуры (а) и продолжительности процесса (б) при

дегидратирующем обжиге каолиновых глин.

ге каолиновых глин возможно протекание следующих превра-

О • /О

При дегидратирующем обжи -

проведенн

<*50—500°С

2Si2O5(OH)4 -> -1203^02+2^0^

830—850°С 2SiO2-> y-Al2Oз+2SiO2,

900°С

(y-Al2Oз)+2SiO2-> 3АЬОз^Ю2.

В результате проведенных исследований (рис. 1) выяснилось, что при повышении температуры прокаливания до 700°С происходит удаление конституционной воды по реакции (1) и степень извлечения глинозема достигает 90 %.

При дальнейшем повышении температуры наблюдается снижение степени извлечения глинозема: при 800°С - 80%, а при 900°С - 73.18% (рис.1а). Видимо, это связано с образованием при 850°С небольшого количества а-А1203 и при 900°С - муллита, трудно растворимых в кислоте (по реакциям 2 - 3), что совпадает с мнением авторов работы [3].

Исследование влияния температуры процесса сульфатизации каолиновых глин в интервале 140-220°С при стехиометрическом соотношении компонентов в шихте показало (рис. 2а), что с повышением температуры до 190°С степень извлечения глинозема достигает 90.12%. Дальнейшее повышение температуры выше 200°С приводит к снижению степени с разложением серной кислоты.

ки

Рис. 2. Зависимость степени извлечения

1 т, мин

80 100

(а) и продолжительности процесса (б).

Изучена зависимост тимальном режиме

Как видно из степень извлечения глинозема ности процесса степень извлечения глино ной кислоты.

Особую роль на степень извлечения глинозема при сульфатизации каолиновых глин с серной той играет дозировка кислоты (рис. 3а). Максимальное извлечение А12О3 (90.2%) наблюдается

ма от продолжительности процесса при оп-

ная продолжительность процесса сульфатизации, при которой 1 достигает 90.13%, составляет 60 мин. При увеличении продолжитель-ема снижается, что очевидно связанно с испарением сер-

при дозировке H2S04 в колич<

% от стехиометрии.

—I с нГзо. у7 120

Рис. 3. Зависимость степени извлечения глинозема

новых глин от дозировки

65

ема из каолино кислоты (б).

У ^т

Влияние концентрации серной кислоты на из

чении концентрац

&

1й опред

нцентрации серной

глин показано на рис.3б. При увели нозема повышается от 25.4 до 90.3%.

ение А1203 при сульфатизации каолиновых -2804 от 55 до 95% степень извлечения гли-

На основании выполненных исследова

ний оп : темпе

делены оптимальные параметры процесса пе-

реработки каолиновых глин с серной кислотой: температура дегидратирующего обжига - 500-700°С,

продолжительность обжига - 60 мин., температура сульфатизации - 180-220°С; продолжительность сульфатизации - 60 мин., концентрация H2S04 - 98%, дозировка серной кислоты - 100% от стехио-1виях степень извлечения глинозема составляет 90.3%.

метрии; при этих усл

инозема со

_ , о •• дУ'

Ж /V г« <4 /С ЛЙ

¿1

а I

30 б

Рис. 4. Штрихрентгенограммы: а) исходного каолина; б) продукта сульфатизации при оптимальных условиях: 1 - каолинит (А1203-2БЮ2-2Н20); 2 - кварц (8102); 3 - алуноген (АЬ(804Ь18Н20).

При исследовании процесса сульфатизации каолиновых глин был проведен рентгено фазовый анализ исходных и конечных продуктов реакции, результаты исследований представлены на рис.4.

Как видно из рентгенограммы 4а, основные линии составляют минералы каолинит и кварц. В продукте сульфатизации появляются новые линии (рис. 4б), характерные для алуногена

(Al2(SO4)3 ' 18H2O), что указывает на полноту протекания химических процессов.

Таким образом, в процессе сульфатизации каолиновых глин получают сульфат алюминия, используемый в качестве коагулянта для очистки питьевых вод. Дальнейшей водно-щелочной обработкой полученной соли можно получить гидроксид алюминия, являющийся исходным сырьем для производства криолита, фтористого алюминия и глинозема.

2017 г.

ЛИТЕРАТУРА

1. Валиев Ю.Я., Сафиев Х., Бобоев Х.Э., Маджидов Т.С., Раджабова Дж.А.. Физико-химический анализ минерального сырья месторождения Зидды. - Изв. АН РТ. Отд.физ.-мат,хим.,геол. и техн.н., 2016, №2(163), с.88-93.

2. Запольский А.К. Сернокислотная переработка высококремнистого алюминиевого сырья. - Киев: Наукова думка, 1981, 208 с.

3. Сафиев Х., Бобоев Х.Э., Гайдаенко Н.В. и др. Кислотное разложение предварительно обожженных каолиновых глин Таджикистана. - Доклады Академии наук Республики Таджикистан, 1995, т.38, №5-6, с.67-70.

жистана. - Доклады Акад

s> SV

гв, АД.Сафиев, Х.Э.1

Н.А.Наимов, Ч,.Р.Рузиев, АД.Сафиев, Х.Э.Бобоев, ^.Сафиев

ОМИЛ^ОИ ФИЗИКАВИЮ ХИМИЯВЙ ВА ТЕХНОЛОГИИ УСУЛИ КОРКАРДИ ГИЛИ КАОЛИНИИ ТО^ИКИСТОН БО КИСЛОТАИ СУЛФАТ

Муассисаи давлатии «Пажу^ишго^и илмию та^щищотии металлургия»-и КВД «Ширкати Алюминийи Тоцик»

________Jr _____ичадои тадкикотдо оид ба мукаррар намудани таркиб ва

ии коркарди гили каолинии Точикистон бо кислотаи сулфат оварда

ДаР параметрдои

р маколаи мазкур нат] ои оптималии ко

шудааст. Тадкикотдои гузаронидашуда нишон доданд, ки аз гили каолинии Точикистон бо усули кислотаги метавонанд сулфату гидроксиди алюминии ва гилхок досил намоянд. Калима^ои калидй: гили каолинй, усули коркард бо кислотаи сулфат, беобгардонии маъдан, сулфати алюминий, гидроксиди алюминий, исте^соли гилхок.

N.A.Naimov, J.R.Ruziev, H.E.Boboev, A.H.Safiev, H.Safiev PHYSICO-CHEMICAL AND TECHNOLOGICAL ASPECTS OF THE SULFURIC ACID METHOD FOR PROCESSING KAOLIN CLAY TAJIKISTAN

State Institution «Scientific-research institute of Metallurgy» SUE «TALCO»

In this work the results of studies on establishing the composition and optimal parameters of the sulfuric acid method of processing kaolin clays Tajikistan is showed. The conducted studies showed that from the kaolin clay of Tajikistan, sintering with sulfuric acid can produce aluminum sulfate, aluminum hydroxide and alumina.

Key words: kaolin clay, sulfuric acid method, dehydrating firing, aluminum sulphate, aluminum hydroxide

alumina production.

, aluminum sulphate, aluminum hydrox g, aluminum sulphate, aluminum hydrox

л

^ Л- v w

A Jv JV £