Способ переработки сыннырита
METHOD FOR PROCESSING SYNNYRITE

Изобретение относится к химической переработке высококалиевого алюмосиликатного минерального сырья - сыннырита с получением оксида алюминия, сульфатов калия и магния.
2
2
3
2
Сынныриты представляют собой ультракалиевые лейкократовые псевдолейцитовые сиениты, основные минералы которых - калиевые полевые шпаты, нефелин, кальсилит, пироксены и слюды. Данная горная порода является перспективным видом комплексного нетрадиционного сырья для производства бесхлорных калийных удобрений и глинозема, содержащим 17-20% KO, 21-23% AlO, 50-55% SiO. Добыча и дальнейшая переработка сынныритов крайне актуальна для развития агропромышленного комплекса, производства оксида алюминия и других отраслей промышленности.
В связи со значительным спросом на бесхлорные калийные удобрения на внутреннем и внешнем рынках вовлечение в производство сынныритов и получение на их основе оксида алюминия и дефицитных комплексных удобрений (сульфат калия или калимагнезия) позволит удовлетворить потребность в них.
Сыннырит отличается от сравнительно однородного мономинерального нефелинового сырья и представляет продукт распада псевдолейцитовой магмы на калиевый полевой шпат и фельдшпатоиды (кальсилит и нефелин) с тесным прорастанием этих минералов. Массовая доля калиевого полевого шпата составляет 65-75%, а природной калиевой разновидности нефелина - кальсилита - 20-25%. Поэтому добыча таких уникальных по содержанию калия алюмосиликатных пород и их последующая переработка с получением дефицитных агрохимических продуктов, оксида алюминия и алюмомагниевых материалов является актуальной научно-технической задачей и ее решение имеет важное прикладное значение.
Необходимость поиска новых или совершенствования существующих технологических решений по переработке нетрадиционного алюмосиликатного сырья (сыннырита) обусловлена следующими причинами:
- для переработки сынныритов по известной нефелиновой схеме требуется значительный расход известняка вследствие высокого содержания кремнезема в сырье;
- существующие термохимические приемы подразумевают или применение высоких температур, что ведет к значительным энергетическим затратам, или использование в качестве сырьевых добавок дорогих соединений (например, карбоната калия), которые извлекают в раствор кремний в виде силиката, усложняя технологию последующей очистки целевых продуктов (глинозема и калийных соединений).
3
8
Однако эффективную переработку алюминиевых руд, содержащих минералы калиево-шпатовой группы прямым кислотным и щелочным способами осуществить невозможно. Анализ минералогического состава показал, что 60% калия и алюминия находится в составе калиевого полевого шпата (микроклина KAlSiO), не вскрываемого прямым воздействием кислот, в связи с чем одним из основных этапов технологического процесса переработки является предварительная активация (спекание с добавками) для перевода калиевого шпата в кислоторастворимые минеральные формы.
3
Известен способ переработки нефелин-полевошпатового сырья, в частности сынныритов (авторское свидетельство СССР №925865, МКИ C01F 7/24, 1982 г.), включающий активацию сырья путем его автоклавной обработки 35-45% раствором едкого калия при температуре 260-300°C с образованием раствора силиката калия и кальсилитового концентрата, их разделение, обработку кальсилитового концентрата 15-25% азотной кислотой при ее расходе 130-150% от теоретически необходимого для взаимодействия с калийной составляющей концентрата с образованием желатинизированной реакционной массы, ее сушку при 250-320°С, обработку обезвоженного продукта 25-35% раствором азотной кислоты при ее расходе 100-110% от теоретически необходимого для взаимодействия с глиноземной составляющей концентрата, отделение раствора от кремнеземного остатка, его упаривание с получением твердой смеси азотнокислых солей алюминия и щелочных элементов, обжиг смеси и выщелачивание обожженного продукта с получением нитрата калия и глинозема.
Недостатками известного способа являются его сложность по причине двухстадийной азотнокислотной обработки с промежуточной сушкой, необходимость использования автоклава на операции щелочной активации, протекающей при высокой температуре и давлении, большие материальные потоки вследствие того, что щелочной активации подвергают всю массу исходного сырья, использование дорогостоящего едкого калия при его больших расходах, трудность разделения получаемых вязких растворов силиката калия и кальсилитового концентрата, высокие энергетические затраты на сушку желатинизированной реакционной массы, а также необходимость очистки выделяющихся при этом газов от оксидов азота и паров азотной кислоты.
5
Известен способ переработки сынныритов с получением сульфата калия и глинозема (авторское свидетельство СССР №1761671, МКИ C01F 7/26, 1992 г). Сущность данного способа заключается в том, что сыннырит подвергают термообработке в трубчатой вращающейся печи при 1350°С без добавок для получения кислоторастворимого лейцитового продукта, после чего продукт термообработки разлагают серной кислотой. Раствор алюмокалиевых квасцов отделяют от твердого остатка (кремнеземистый продукт). Далее квасцы кристаллизуют и спекают с поташом при 600-650°С для предотвращения выделения сернистого газа. При этой температуре сульфат калия не разлагается, а алюминий вытесняется калием с образованием дополнительного количества сульфата калия по реакции:
4
2
2
3
2
4
2
3
2
2KAl(SO)+2KCO=4KSO+AlO+3CO.
Полученный спек выщелачивают водой, в результате чего в раствор переходит сульфат калия, а в остаток - глинозем.
К недостаткам данной технологии следует отнести высокую температуру термической обработки сыннырита (1350°С), а также необходимость дополнительного спекания квасцов с дорогостоящим реагентом - поташом.
Известен способ переработки высококалиевого нефелин-полевошпатового сырья, представленного сынныритами, включающий обработку исходного сырья серной кислотой, спекание твердого остатка с поташем при повышенной температуре, выделение глинозема и соединения калия, отличающийся тем, что измельченное до крупности менее 0,2 мм сырье подвергают обработке слабоконцентрированной 1-3% серной кислотой в течение 10-30 минут, полученный нерастворимый остаток в виде полевых шпатов и коллоидного кремнезема, смешивают с поташом и подвергают термической обработке при температуре 800-1000°C с получением кислоторастворимых фаз кальсилита и метасиликата калия, далее полученный продукт обрабатывают слабоконцентрированной 1-3% серной кислотой, после чего сернокислые растворы после двух стадий обработки объединяют и подвергают вакуумной кристаллизации с получением оборотной воды и алюмокалиевых квасцов, которые смешивают с поташом и подвергают термической обработке при температуре 500-600°С, полученный спек перерабатывают на глинозем и сульфат калия, выделяющийся при спекании серный газ растворяют в оборотной воде с получением серной кислоты и направляют на первую стадию обработки исходного сырья в количестве 30-35% объемн. (патент РФ №2707335, опубл. 26.11.2019 г., бюллетень информации №33).
Однако этот способ имеет следующие недостатки: многостадийность процесса, что увеличивает капитальные затраты; высокие энергозатраты на обжиг промежуточных продуктов; необходимость использования дорогого сырья - поташа, который необходимо поставлять в значительных количествах (объем потребляемого количества поташа в 4 раза больше количества калия, производимого из исходного сырья); накопление в системе растворимых соединений кремния за счет образования силиката калия, что отражается на качестве получаемого глинозема. Применение серной кислоты в технологическом процессе является преимуществом в связи с тем, что данная кислота является отходом производства ряда металлургических предприятий, и ее стоимость очень низка. Однако, работа с низко концентрированными растворами серной кислоты значительно увеличивает операционные затраты на стадии упаривания сернокислых растворов.
2
2
3
2
2
3
2
5
2
2
3
2
6
2
4
Известен способ термохимического активирования высококалиевого алюмосиликатного минерального сырья (сыннырита) с использованием магнезита, разработанный Байкальским институтом природопользования СО РАН. Переработке подвергался сыннырит следующего состава, % масс: SiO - 51,86; AlO - 22,50; KO - 19,16; FO - 2,60; PO - 1,92; NaO - 1,00; СаО - 0,14; MgO - 0,11; TiO - 0,09. Термохимическое активирование сыннырита ведут в присутствии магнезита (MgCO), обеспечивающего перевод калишпатовой составляющей исходного сырья в кислоторастворимое состояние, причем предварительно сыннырит измельчают до 0,04 мм. Спекание сыннырита с магнийсодержащей добавкой осуществляют при соотношении сыннерит : магнезит - (2÷3):1 и температуре 1100-1175°С, в течение 4 часов. При спекании магнезитово-сынныритовой шихты разложение минералов калиево-шпатовой группы с образованием лейцита (K[AlSiO]) сопровождается отщеплением из алюмосиликатного каркаса одной молекулы кремнезема (SiO), которая связывается оксидом магния в двухмагниевый силикат - форстерит (MgSiO). В работе показано, что спекание шихты при соотношении сыннырит : магнезит, равном 2:1, и крупности измельчения шихты 86,54% класса - 0,04 мм позволяет снизить температуру термообработки с образованием кислоторастворимых соединений до 1100°С. Данные о результатах кислотного вскрытия полученного спека в статье не приводятся («Способ термохимического активирования высококалиевого алюмосиликатного минерального сырья (сыннырита) с использованием магнезита», П.А. Гуляшинов, Е.Н. Алексеева, А.Д. Будаева, И.Г. Антропова, Горный информационно-аналитический бюллетень. №12. 2019 г., с. 180-190).
Данный способ активирования позволяет повысить эффективность термохимического разложения за счет снижения температуры процесса на 150-250°С относительно известных способов. Кроме того, использование магнезита позволит при последующем сернокислотном разложении спеков выделить весь магний в сульфат магния в качестве дополнительного продукта и повысить эффективность термохимического разложения за счет снижения температуры процесса относительно известных способов. Однако он имеет и недостатки, а именно длительность процесса переработки сыннырита и не оптимальность параметров отдельных операций (в том числе вид используемой активирующей добавки) процесса переработки, что снижает степень извлечения квасцов из сернокислого раствора и увеличивает затраты на приобретение активирующей добавки.
2
2
7
2
3
2
2
3
4
2
2
С учетом имеющихся литературных данных в качестве прототипа выбран «Усовершенствованный способ комплексной переработки сыннырита с получением глинозема и дефицитных агропродуктов» (И.Г. Антропова, Е.Н. Алексеева, А.Д. Будаева, журнал «Физико-технические проблемы разработки полезных ископаемых». №6, 2019 г., с. 165-171). Из приведенных данных следует, что спекание проводили при следующих условиях: массовое соотношение сыннырит : доломит 2:1, крупность шихты - 0,071 мм, температура 1050-1100°С. Показано, что наряду с лейцитом в процессе спекания синтезируется акерманит (CaMg(SiO), а кислоторастворимый кальсилит в этих условиях не вступает реакцию с компонентами реакционной системы. Обработка спека проводилась 60%-ной серной кислотой методом затворения тестообразной массы в фарфоровой ступке при комнатной температуре. Время выщелачивания варьировалась 1-5 ч, отношение Т:Ж составляло 1:1-1:3. Далее полученную пульпу отфильтровывали, а сульфатный раствор, содержащий ионы калия, алюминия и магния, упаривали и охлаждали до 4°С. Полученные из раствора алюмокалиевые квасцы подвергали двухкратной перекристаллизации, в результате чего был получен продукт с содержанием AlO 10%, KO 9,2%, MgO 1%. Трехкратная перекристаллизация маточного раствора после выделения квасцов позволила получить шестиводный сульфат магния с содержанием AlO. 0,8%, KAl(SO)⋅12HO - 1,4%.
Однако способ имеет и недостатки, а именно длительность процесса переработки сыннырита и неоптимальность параметров отдельных операций процесса переработки, что снижает степень извлечения квасцов из сернокислотного раствора.
Техническая проблема, на которую направлено создание изобретения, заключается в разработке более простой и экономически целесообразной технологии переработки сыннырита с получением оксида алюминия и сульфата калия, путем применения оптимальных параметров отдельных операций процесса при расширении использования различных щелочноземельных добавок при спекании их с сынныритом.
Техническая проблема решается, а технический результат достигается тем, что в известный способ переработки сыннырита, включающий подготовку исходного сырья, спекание его с щелочноземельной добавкой, сернокислотное выщелачивание с последующим разбавлением и фильтрацией кремнийсодержащего остатка с отделением раствора сульфатов, упарку раствора сульфатов и кристаллизацию квасцов, фильтрацию полученной суспензии с получением кристаллического продукта и раствора сульфата магния, направляемых на дальнейшую переработку внесены изменения, а именно:
- при спекании в качестве щелочноземельной добавки применяют магнийсодержащие добавки при соотношении сыннырит : добавка, равным 1:(0,25-1,25), при температуре 1050-1200°С, в течение 1-4 часов;
- сернокислотное выщелачивание ведут при концентрации исходной серной кислоты 30-50%, при температуре 90-100°С, в течении 30-60 минут и соотношении Т:Ж=1:(3-5) с дальнейшим разбавлением до Т:Ж=1:(6-8).
Кроме того, в качестве активирующей магнийсодержащей добавки применяют доломит, магнезит или брусит, причем параметры процесса спекания зависят от конкретно используемой магнийсодержащей добавки, а концентрация серной кислоты и параметры процесса выщелачивания также выбирают исходя от используемой магнийсодержащей добавки, а кристаллизацию квасцов проводят при температуре 15-25°С.
Для подбора оптимальных параметров отдельных операций процесса переработки сыннырита при использовании конкретной щелочноземельной добавки и достижения технического результата были проведены экспериментальные исследования, результаты которых приведены ниже.
3
8
При выщелачивании сыннырита серной кислотой извлечение калия и алюминия в раствор составляет, как правило, не более 50%. Низкая степень извлечения калия и алюминия в раствор связана с тем, что ~65% из них находятся в составе группы полевых шпатов (KAlSiO), не выщелачиваемых воздействием растворов минеральных кислот. Для увеличения степени выщелачивания предлагается спекание шихты на основе сыннырита и щелочноземельной добавки (доломит, магнезит, брусит) при температуре 1050-1200°С, что позволяет разложить калиевые полевые шпаты до минералов, растворимых в минеральных кислотах.
Оптимальные режимы переработки сыннырита устанавливаются путем варьирования значений температуры и продолжительности спекания, соотношения сыннырит : щелочноземельная добавка, кислотности раствора для выщелачивания, температуры и продолжительности выщелачивания, соотношения Т:Ж и др.
В таблице 1 приведены результаты опытов по исследованию влияния температуры спекания сыннырита с щелочноземельной добавкой (доломитом) на содержание полевых шпатов в спеке.
Из таблицы 1 видно, что при температуре спекания шихты 1050°С полного разрушения минералов группы полевых шпатов (микроклин, ортоклаз и санидин) не происходит, тогда как при температуре 1150°С и выше при прочих равных условиях минералы группы полевых шпатов не идентифицированы. Соответственно, при температуре спекания сыннырита с доломитом при 1150-1250°С происходит практически полная деструкция минералов группы полевых шпатов, что влияет на показатели последующего сернокислотного выщелачивания алюминия и калия из спека в сернокислотный раствор. При дальнейшем увеличении температуры спекания более 1250°С существенно возрастают энергетические затраты на осуществление процесса.
В таблице 2 приведены результаты опытов по исследованию влияния продолжительности спекания сыннырита с щелочноземельной добавкой (доломитом) на содержание полевых шпатов в спеке.
Как видно из таблицы 2, при спекании сыннырита с щелочноземельной добавкой в течение 4 часов происходит снижение доли минералов группы полевых шпатов до следового количества (по данным анализа калиевых полевых шпатов не обнаружено). Увеличение продолжительности спекания более 4 часов нецелесообразно, т.к. дополнительно возрастают энергетические затраты, не приводящие к повышению эффективности процесса. Продолжительность спекания сыннырита снижается до 1-2 часов при использовании в качестве щелочноземельной добавки магнезита или брусита.
В таблице 3 приведены результаты опытов по исследованию влияния соотношения сыннырит : доломит (масс.) при спекании сыннырита с щелочноземельной добавкой (доломитом) на степень извлечения целевых компонентов из спека в раствор.
Анализ данных таблицы 3 показывает, что при увеличении расхода доломита (с 1,0:0,25 до 1,0:0,75 ед.) наблюдается возрастание степени извлечения алюминия и калия в раствор, а начиная с соотношения 1,0:0,75 ед. и более показатели остаются неизменными. Увеличение расхода доломита с 1,0:0,75 до 1,0:1,25 ед. является нецелесообразным, т.к. ведет к дополнительным расходам серной кислоты на взаимодействие с минералами, входящими в состав доломита. Извлечение кремния в раствор составляет не более 0,5% во всем диапазоне соотношений сыннырит : доломит. При использовании брусита в качестве щелочноземельной добавки снижается его расход до 1,0:0,25 ед., а при использовании магнезита его расход увеличивается до 1,0:1,25 ед.
В таблице 4 приведены результаты опытов по исследованию влияния исходной концентрации серной кислоты на степень извлечения целевых компонентов в раствор.
Из таблицы 4 видно, что с увеличением концентрации серной кислоты при выщелачивании возрастает степень извлечения калия и алюминия, кремний при этом практически не переходит в сернокислый раствор на всем исследуемом диапазоне концентраций. При увеличении концентрации серной кислоты с 40 до 50% не происходит значительного повышения извлечения компонентов в раствор. Выщелачивание спека серной кислотой менее 20% нецелесообразно ввиду снижения концентрации целевых компонентов в раствор, что ведет к дополнительным затратам на его последующее упаривание. Выщелачивание спека кислотой более 50% требует нейтрализации остаточной избыточной кислотности (20-50 г/л) с целью предотвращения коррозии оборудования на последующих технологических переделах.
В таблице 5 приведены результаты опытов по исследованию влияния продолжительности сернокислотного выщелачивания спека на степень извлечения целевых компонентов в раствор.
Из таблицы 5 видно, что при соотношении Т:Ж=1:4 и температуре 95°С выщелачивание спека практически полностью проходит в течение 45 минут. Увеличение времени выщелачивания с 45 мин до 60 мин не приводит к существенному росту извлечения алюминия и калия в раствор. Соответственно предпочтительно вести процесс сернокислотного выщелачивания спека в течение 30-60 мин.
В таблице 6 приведены результаты опытов по исследованию влияния соотношения Т:Ж при сернокислом выщелачивании спека на степень извлечения целевых компонентов в раствор.
Как видно из таблицы 6, снижение соотношения Т:Ж приводит к уменьшению степени извлечения алюминия и калия в раствор, что, видимо, связано с диффузионной составляющей процесса вскрытия и соосаждением целевых компонентов образующимся осадком сульфата кальция. При Т:Ж=1:2 пульпа менее технологична, а именно, имеет повышенную вязкость за счет образования гипса, возникают трудности с перемешиванием, ухудшается контакт реагентов и, соответственно, снижается извлечение целевых компонентов в раствор.
В таблице 7 приведены результаты опытов по исследованию влияния температуры сернокислого выщелачивания спека на степень извлечения целевых компонентов в раствор.
По данным таблицы 7 видно, что при увеличении температуры выщелачивания повышается извлечение алюминия и калия в сернокислотный раствор. Так в интервале температур 90-100°С извлечение целевых компонентов повышается незначительно и остается практически на одном уровне, а при 80°С снижается извлечение алюминия на 4,6%, а калия - на 8,2%. Из приведенных данных следует, что процесс выщелачивания предпочтительно проводить в интервале 90-100°С. Дальнейшее увеличение температуры процесса выщелачивания нецелесообразно.
В таблице 8 приведены результаты опытов по исследованию влияния соотношения Т:Ж при разбавлении сернокислой пульпы после выщелачивания на ее фильтрацию.
3
2
Как видно из таблицы 8, снижение соотношения Т:Ж=1:6 приводит к снижению скорости фильтрации до 0,09 м/(м⋅час) вследствие образования кристаллов сульфатов алюминия и калия на поверхности и в объеме фильтровальной ткани. Разбавление сернокислой пульпы после выщелачивания до Т:Ж=1:9 нецелесообразно ввиду увеличения объема образующейся сернокислотной пульпы с последующими дополнительными затратами на его упаривание.
При кристаллизации квасцов при стандартной температуре 15-25°С не требуется специального оборудования для охлаждения до температуры +4°С (как по способу-прототипу), процесс осуществляется на стандартном оборудовании, не требующем дополнительных затрат для его осуществления. При температуре более 25°С не достигается требуемая полнота кристаллизации алюминия и калия из раствора сульфатов.
Данные, представленные выше, получены с использованием доломита в качестве щелочноземельной добавки. Оптимальные параметры процесса спекания сыннырита с использованием магнезита в качестве щелочноземельной добавки выбраны из анализа информации, представленной в способе-прототипе. Проведенные ранее исследования спекания сыннырита с бруситом показали, что оптимальные параметры процесса находятся в пределах, полученных с доломитом. Параметры стадий, следующих после спекания с щелочноземельной добавкой, одинаковы для доломита, магнезита и брусита, что подтверждается примерами 1-3, приведенными ниже.
Осуществление изобретения поясняется приведенной технологической схемой (фиг.1), на которой показаны основные операции процесса переработки сыннырита и приведены параметры каждой операции. Последовательность процесса переработки сыннырита не вызывает трудностей, а технологическая схема не требует дополнительных пояснений для ее понимания.
Ниже приводятся конкретные варианты реализации заявляемого способа переработки сыннырита.
Пример 1. Сыннырит подготавливают к спеканию путем предварительного смешения и последующего совместного измельчения в шаровой мельнице с щелочноземельной добавкой до крупности менее 0,1 мм при соотношении сыннырит : добавка = 1,0:1,0 (масс). Далее проводят спекание полученной шихты (сыннырита с щелочноземельной добавкой) в трубчатой вращающейся печи при температуре 1150°С в течение 2 часов. В качестве щелочноземельной добавки используется доломит.
Получившийся спек после трубчатой вращающейся печи отправляется на выщелачивание серной кислотой с концентрацией 40% масс, при соотношении Т:Ж=1,0:3,0, при этом температура пульпы поддерживается на уровне 95°С. Пульпа в реакторе выщелачивания с интенсивным перемешиванием выдерживается в течение 60 минут. После выдержки пульпу разбавляют в реакторе разбавления до соотношения Т:Ж=1,0:6,0 и отправляют на фильтрацию кремнийсодержащего остатка от сернокислотного раствора на фильтр-прессе.
Фильтрат, представляющий собой раствор сульфатов калия, алюминия и магния упаривают (в ~3 раза по объему), а затем охлаждают в теплообменнике до температуры 17°С для кристаллизации квасцов (кристаллы сульфатов алюминия и калия).
Полученную в результате кристаллизации суспензию алюмокалиевых квасцов отделяют от маточного раствора фильтрацией на ленточном фильтре. Химический состав полученных квасцов представлен в таблице 9.
4
2
2
2
3
2
Как видно из таблицы 9 составы полученных квасцов соответствуют стехиометрической формуле KAl(SO)⋅12НО. При этом степень извлечения AlO и KO в квасцы составляет 95,0% и 91,0%.
После фильтрования квасцов с использованием известных методов (упаривание и кристаллизация) фильтрат, представляющий собой раствор сульфата магния, перерабатывается с получением солей магния/калиймагнезии. При этом кристаллический продукт (квасцы) отправляется на получение сульфата калия и глинозема (с использованием традиционных методов - прокаливание квасцов, упаривание и кристаллизация сульфата калия, получение оксида алюминия).
Пример 2. Сыннырит подготавливают к спеканию путем предварительного смешения и последующего совместного измельчения в шаровой мельнице с щелочноземельной добавкой до крупности менее 0,1 мм при соотношении сыннырит : добавка = 1,0:0,75 (масс). Далее проводят спекание полученной шихты в трубчатой вращающейся печи при температуре 1050°С в течение 1 часа. В качестве щелочноземельной добавки используется брусит.
Получившийся спек после трубчатой вращающейся печи отправляется на выщелачивание серной кислотой с концентрацией 35% масс, при соотношении Т:Ж=1,0:2,5, при этом температура пульпы поддерживается на уровне 90°С. Пульпа в реакторе выщелачивания с интенсивным перемешиванием выдерживается в течение 45 минут. После выдержки пульпу разбавляют в реакторе разбавления до соотношения Т:Ж=1,0:7,0 и отправляют на фильтрацию кремнийсодержащего остатка от сернокислотного раствора на фильтр-прессе. Полученный остаток транспортом далее направляется на производство строительных материалов.
Фильтрат, представляющий собой раствор сульфатов калия, алюминия и магния упаривают (в ~3 раза по объему), а затем охлаждают в теплообменнике до температуры 20°С для кристаллизации квасцов (кристаллы сульфатов алюминия и калия).
Полученную в результате кристаллизации суспензию перерабатывают аналогично Примеру 1. Химический состав полученных квасцов представлен в таблице 10.
4
2
2
2
3
2
Как видно из таблицы 10 составы полученных квасцов соответствуют стехиометрической формуле KAl(SO)⋅12HO. При этом степень извлечения AlO и KO в квасцы составляет 96,0% и 93,0% соответственно.
Пример 3. Сыннырит подготавливают к спеканию путем предварительного смешения и последующего совместного измельчения в шаровой мельнице с щелочноземельной добавкой до крупности менее 0,1 мм при соотношении сыннырит : добавка=1,0:1,25 (масс). Далее проводят спекание полученной шихты в трубчатой вращающейся печи при температуре 1200°С в течение 1,5 часов. В качестве щелочноземельной добавки используется магнезит.
Получившийся спек после трубчатой вращающейся печи отправляется на выщелачивание серной кислотой с концентрацией 40% масс, при соотношении Т:Ж=1,0:4,0, при этом температура пульпы поддерживается на уровне 100°С. Пульпа в реакторе выщелачивания с интенсивным перемешиванием выдерживается в течение 60 минут. После выдержки пульпу разбавляют в реакторе разбавления до соотношения Т:Ж=1,0:6,5 и отправляют на фильтрацию кремнийсодержащего остатка от сернокислотного раствора на фильтр-прессе. Полученный остаток транспортом далее направляется на производство строительных материалов.
Фильтрат, представляющий собой раствор сульфатов калия, алюминия и магния упаривают (в ~3 раза по объему), а затем охлаждают в теплообменнике до температуры 15°С для кристаллизации квасцов (кристаллы сульфатов алюминия и калия).
Полученную в результате кристаллизации суспензию перерабатывают аналогично Примеру 1. Химический состав полученных квасцов представлен в таблице 11.
4
2
2
2
3
2
Как видно из таблицы 11 составы полученных квасцов соответствуют стехиометрической формуле KAl(SO)⋅12HO. При этом степень извлечения AlO и KO в квасцы составляет 94,5% и 93,5% соответственно.
Таким образом, предлагаемый способ позволяет выделять алюмокалиевые квасцы, пригодные для дальнейшего получения глинозема и/или алюмомагниевой шпинели и калимагезии с использованием доломита, магнезита или брусита в качестве активирующей добавки при спекании с сынныритом, причем во всех примерах степень извлечения квасцов выше, чем в прототипе, равная 90,6%.
4
2
Данный способ позволяет удешевить процесс термохимического разложения и минимизировать количество твердых отходов. Сернокислотное разложение магнийсодержащего активированного сыннырита позволяет выделить из продуктивных сернокислотных растворов помимо алюмокалиевых квасцов магнийсодержащий компонент в виде дополнительной продукции - сульфата магния (MgSO⋅nHO). Полученные алюмокалиевые квасцы могут быть переработаны на сульфат калия, глинозем и/или алюмомагниевую шпинель и калимагнезию.
Предлагаемый способ переработки сыннырита, включающий термохимическое обогащение (спекание) с магниевыми добавками природного происхождения (доломит, магнезит или брусит) с получением искусственного магнийсодержащего кальсилитлейцитового концентрата, пригодного для дальнейшей сернокислотной обработки с получением алюмокалиевых квасцов и сульфата магния, является альтернативным вариантом комплексной переработки. Алюмокалиевые квасцы могут быть использованы для получения сульфата калия, глинозема или алюмомагниевой шпинели и калимагезии.
В настоящее время в соответствии с результатами исследований осуществляется подготовка технической документации для промышленного использования предлагаемого технического решения в рамках реализации хозяйственного договора.