СПОСОБ ИЗВЛЕЧЕНИЯ АЛЮМИНИЯ И ЖЕЛЕЗА ИЗ ЗОЛОШЛАКОВЫХ ОТХОДОВ
PROCEDURE FOR EXTRACTION OF ALUMINIUM AND IRON FROM ASH-AND-SLAG WASTE

Изобретение относится к области обогащения полезных ископаемых и может быть использовано при обогащении золошлаковых отходов, сырья техногенного характера, содержащего железо и алюминий.
Известен способ получения сульфата алюминия, включающий формирование пульпы из исходного сырья в виде шлака алюминиевого производства, содержащего оксид алюминия, посредством перемешивания исходного сырья с водой, взаимодействие компонентов шлака с серной кислотой и водой с образованием водного раствора сульфата алюминия [1].
Недостатком данного способа является использование для экстракции высококонцентрированного раствора серной кислоты (70-75%).
Известен способ получения сульфата алюминия, включающий предварительную отмывку шлака, содержащего оксид алюминия, от солей, затем обработку его серной кислотой, отделение фильтрацией полученного раствора от песка [2].
Данный способ не обеспечивает эффективную подготовку алюминийсодержащего сырья. Недостатком также является ограниченная сырьевая база применения метода при использовании отвальных алюмосодержащих шлаков, в то время как ЗШО являются широко распространенным сырьем.
Наиболее близким к предлагаемому способу является способ получения коагулянта путем растворения окислов железа и алюминия из глины или золы серной кислотой с добавлением поваренной соли. Процесс проводится с подогревом и пропусканием постоянного или переменного электрического тока [3].
Недостатком этого способа является использование процесса электролиза, в результате которого образуется щелочь, нейтрализующая в процессе экстракции кислоту. Это снижает интенсивность извлечения компонентов.
Техническим результатом является повышение эффективности извлечения алюминия и железа при экстракции из золошлакового материала, снижение затрат на реагентную обработку материала.
Технический результат достигается тем, что в способе извлечения алюминия и железа из золошлаковых отходов, включающем обработку раствором серной кислоты с экстракцией алюминийсодержащих компонентов в раствор, перед экстракцией алюминийсодержащих компонентов в раствор отходы подвергают классификации и многостадийной магнитной сепарации при периодическом увеличении поля магнитной индукции для полного выделения магнитной фракции, содержащей железо, а экстракцию алюминийсодержащих компонентов проводят из немагнитной фракции сначала обработкой 60-85%-ным раствором ортофосфорной кислоты в течение 3 часов при температуре 100-120°С с последующей фильтрацией и затем обработкой осадка раствором серной кислоты, при этом обработку ведут 30%-ным раствором серной кислоты.
Совокупность новых существенных признаков позволяет решить новую техническую задачу по извлечению алюминий- и железосодержащих компонентов из золошлаковых отходов.
На чертеже - схема извлечения алюминий- и железосодержащих компонентов золошлаковых отходов с использованием магнитной сепарации и кислотной экстракции.
Реализация способа осуществлялась следующим образом.
Золошлаковый материал, содержащий ценные компоненты (таблица 1), измельчался и классифицировался до крупности -2,0+0,0 мм и подвергался процессу магнитной сепарации для отделения магнитной фракции, содержащей железо и другие тяжелые металлы.
Таблица 1
Силикатный анализ исходного сырья
№ пробы
Содержание определяемого компонента, %
SiO<sub>2</sub>
TiO<sub>2</sub>
Al<sub>2</sub>O<sub>3</sub>
Fe<sub>2</sub>О<sub>3</sub>
MnO
MgO
CaO
Na<sub>2</sub>O
K<sub>2</sub>O
Р<sub>2</sub>O<sub>5</sub>
SO<sub>3</sub>
Потери при прокаливании
1
57,05
0,53
22.19
9.1
0,2
1,63
2,28
0,85
2,11
0,21
0.28
3,38
2
59,62
0,49
21,29
11,32
0.28
1,27
1,99
0,81
2,06
0,2
0,14
0,95
3
60,0
0,68
24,76
5,33
0,07
1,84
3,20
0,70
2,11
0,22
0,1
0,5
4
58,57
0,57
20,97
10,66
0,21
1,73
3,20
0,74
2,0
0,26
0,17
0,73
5
59,57
0.59
22,27
8,66
0,15
1,55
2,91
0,64
1,3
0,25
0,1
0,5
Процесс проводили в несколько стадий (3-5 перечисток) с увеличением поля магнитной индукции на перечистных операциях для увеличения степени извлечения магнитной фракции. Технологические показатели процесса сепарации приведены в таблице 2.
Таблица 2
Итоговая таблица продуктов обогащения магнитной фракции.
Продукт
Выход
%
Магнитная фракция
4,91
Промежуточный продукт
8,31
«Хвосты»
86,48
Углистые
0,3
Итого
100,00
Немагнитная фракция (хвосты магнитной сепарации) подвергалась двух стадийной экстракции растворами ортофосфорной и серной кислот. На первой стадии обработка проводилась 60-85% раствором ортофосфорной кислоты, что увеличило выход алюминийсодержащих компонентов из стекловидной фазы золошлакового материала. Варьированием температуры, времени реакции и концентрации кислоты, анализом полученных данных выявлены условия процесса экстракции алюминия, при которых извлечение является наибольшим при времени 3 часа и температуре 100-120°С. По истечении времени экстракции осадок отделяется от маточного раствора фильтрованием. Маточный раствор, отделенный от алюминийсодержащих компонентов, возвращается в технологический цикл обработки исходного материала золошлакового отхода.
На второй стадии осадок обрабатывается 20-30% раствором серной кислоты. Раствор алюминийсодержащего компонента отделяется от силикатной составляющей фильтрованием. Определение количества алюминия велось фотометрическим методом с алюминоном по ГОСТ 18165-89 [4], определение железа титрованием с роданидом калия.
Реализация способа позволила достичь 60-65% извлечение алюминийсодержащих компонентов. Двухстадийный процесс экстракции позволяет увеличить селективность извлечения алюминийсодержащих компонентов, благодаря различной растворимости фосфатов основных компонентов золы в кислотах. Условия процесса извлечения не требуют применения специального типа оборудования. Процесс можно проводить без использования автоклава в кислотоустойчивом реакторе с мешалкой. Широкое использование способа обеспечит экономическую и экологическую эффективность за счет утилизации широко распространенного отхода теплоэнергетики.
Источники информации
1. Патент №2220098 РФ. Способ получения сульфата алюминия / Акимов И.Я., Ермаков М.В., Мельников Г.М., Парахин Ю.А.
2. Патент №2315715 РФ. Способ получения сульфата алюминия / Захаревский В.Н., Имангулов Р.Р.
3. Патент №2122975 РФ. Способ получения коагулянта / Ханин А.Б., Иванов А.Д., Будыкина Т.А.
4. ГОСТ 18165-89 «Вода питьевая. Метод определения массовой концентрации алюминия».