СПОСОБ ОБЕСКРЕМНИВАНИЯ АЛЮМИНАТНЫХ РАСТВОРОВ
METHOD OF DESILICONISATION OF ALUMINATE SOLUTIONS

Изобретение относится к цветной металлургии, в частности к обескремниванию натриевых алюминатных растворов процесса Байера.
Известен способ извлечения глинозема из глиноземистых руд, содержащих тригидрат и моногидрат оксида алюминия, путем двухстадийной автоклавной переработки смеси исходного сырья и щелочного раствора, в котором на первой стадии обеспечиваются условия для обескремнивания перерабатываемой пульпы (патент США 4426363, C01F 7/46, 1984 год). В результате процесса в реакционной зоне обескремнивания получают плохо растворимый алюмосиликат натрия, который выпадает в осадок и удаляется вместе со шламом.
Недостатками известного способа являются, во-первых, образование алюмосиликатов натрия наряду с обескремниванием влечет за собой удаление из процесса значительного количества натрия, которое в свою очередь обусловливает увеличение расхода каустической щелочи. Во-вторых, способ обеспечивает достижение невысокого кремниевого модуля, равного приблизительно 390.
2
3
2
2
Известен способ обескремнивания алюминатных растворов при производстве глинозема, включающий двухстадийное выщелачивание в автоклаве. При этом на первой стадии после обработки при температуре 160°С и давлении 8-10 атм удаляется основное количество примесных оксида кремния и оксида железа в виде алюмосиликатов натрия, а на второй стадии в алюминатный раствор с пониженным содержанием оксидов кремния и железа вводят известняковую пульпу, содержащую активный оксид кальция в количестве от 5-ти до 10-ти г/л раствора, после обработки которой при температуре 75°C  в течение 1,5 часов примеси переходят в осадок с образованием соединения формулы 3CaO(Al, Fe)O·mSiO·(6-2m)HO, где m=0,01-0,5. Осадок отфильтровывают, промывают водой и сушат с целью дальнейшей переработки для получения цемента (патент США №4518571, МКИ В22С 1/18, 1985 год). Способ обеспечивает высокую чистоту алюминатных растворов по кремнию (0,01 г/л).
Однако недостатком способа является сложность процесса, которая обусловлена необходимостью удаления шлама после первой стадии и добавлением перед началом второй стадии известняковой пульпы. При этом известняковая пульпа должна быть предварительно подготовлена. Кроме того, на первой стадии выщелачивания часть натрия теряется, так как в осадок выпадают алюмосиликаты натрия, которые затем удаляются вместе со шламом.
Таким образом, перед авторами стояла задача - разработать способ обескремнивания алюминатных растворов процесса Байера, который наряду с высокой чистотой очистки растворов от кремния характеризовался простотой осуществления.
3
Поставленная задача решена в предлагаемом способе обескремнивания алюминатных растворов при автоклавном выщелачивании боксита оборотными алюминатными растворами в присутствии кальцийсодержащего реагента, в котором в качестве кальцийсодержащего реагента используют обожженную поверхностно-карбонизированную известь с уровнем содержания активной составляющей в виде CaO+MgO в пределах 85-92% и повышенной долей карбонатной составляющей в виде кальцита СаСО в пределах 508%, взятую в количестве 5-8 мас.% от массы боксита.
В настоящее время из патентной и научно-технической литературы не известен способ обескремнивания алюминатных растворов автоклавным выщелачиванием в присутствии обожженной поверхностно-карбонизированной извести, вводимой в щелочно-алюминатный раствор в предлагаемом количестве.
3
В предлагаемом способе в качестве кальцийсодержащего реагента используют поверхностно-карбонизированную известь, полученную в соответствии с патентом РФ №2287496. Исследования продукта, полученного по упомянутому патенту, позволили сделать авторам предлагаемого технического решения вывод о повышении содержания активной составляющей (CaO+MgO) в составе продукта и целесообразности применения его в качестве добавки при автоклавном выщелачивании. Известь, обожженная при температуре 1400-1500°С, представляет собой спек из прочных гранул, в составе которого наблюдается повышенная доля карбонатной составляющей в виде кальцита СаСО (5-8 мас.% от общего). Эта величина складывается из двух показателей: из первичного известняка в центре гранулы и вторичного карбоната в составе ее поверхностного слоя, являющегося результатом взаимодействия извести и углекислоты, образующейся при горении шихтового топлива. Образование кальцита на основе CaO значительно повышает прочность системы, поэтому вторичный карбонат заметно укрепляет структуру гранулы.
2
Исследования дериватограмм продукта по патенту РФ 2287496 позволяют сделать вывод, из которого следует, что в нем присутствует карбонат кальция в количестве 5-8%. На кривой потери массы при нагреве до 735°С имеется небольшая «полка», соответствующая потере массы 3%. Весьма вероятно, что указанная «полка» отображает воспламенение углеродного остатка и дальнейшее уменьшение массы пробы обусловлено наряду с декарбонизацией кальцита потерей массы от выгорания углеродного остатка. При этом выделяющийся углекислый газ является совместным продуктом от процессов горения и декарбонизации. О совмещении упомянутых процессов во времени свидетельствует пик на температурной кривой, который сменяется на противоположность при температуре 745°С, что равно 4,2% общих (от декарбонизации и окисления углерода) потерь массы. Допустимо представить, что величина в 3% отображает потерю массы от декарбонизации кальцита. В этом случае его доля в пробе ориентировочно составит, исходя из соотношения молекулярных масс CaO и СО, около 5,36%. На основе дериватографических исследований установлено, что уровень содержания активной составляющей CaO+MgO в продукте обжига находится в пределах 85-92%, что и обусловливает получение высокого кремниевого модуля при использовании поверхностно-карбонизированной извести в процессе обескремнивания.
Количество извести, используемой в процессе выщелачивания, установлено авторами экспериментально. Так, при введении поверхностно-карбонизированной извести менее 5 мас.%, кремниевый модуль становится значительно меньше 400. При повышении содержания поверхностно-карбонизированной извести более 8 мас.% увеличения кремниевого модуля не наблюдается (при содержании 5-8 мас.% кремниевый модуль равен 400-480).
Предлагаемый способ может быть осуществлен следующим образом. Осуществляют автоклавное выщелачивание боксита, в частности Тиманского месторождения, путем нагрева бокситовой пульпы до температуры 95°С в автоклавной установке с одновременнь добавлением поверхностно-карбонизированной извести. Смесь выдерживают при этой температуре в течение 4 часов, после чего температуру, не открывая автоклава, увеличивают до 220°С и выдерживают еще в течение 2 часов. Затем отключают нагрев, охлаждают автоклав до комнатной температуры и открывают. После чего добавляют в автоклав горячей дистиллированной воды, закрывают и включают нагрев до 98-100°С, затем выдерживают при этой температуре в течение 4 часов. После выдержки отключают нагрев, охлаждают автоклав. Полученный продукт фильтруют. Алюминатный раствор помещают в отдельную емкость, а шлам тщательно промывают горячей водой и сушат. Проводят химический анализ алюминатного раствора и шлама с целью определения содержания алюминия, натрия, кремния. Определяют кремниевый модуль.
Предлагаемый способ иллюстрируется следующими примерами.
2
3
2
2
2
3
2
oбщ
2
2
3
2
3
3
2
3
2
общ
2
2
3
2
2
общ
Пример 1. Берут 14,25 г боксита Тиманского месторождения состава, мас.%: п.п.п. - 11,23; AlO - 49,8; СО - 0,35; SiO - 6,84; FeO - 27,4; TiO - 2,9; MnO - 0,63; CaO - 0,43; MgO - 0,55; S - 0,05. Добавляют 0,75 г (5 мас.% от массы боксита) поверхностно-карбонизированной извести состава, мас.%: п.п.п. - 43,0; СаО - 53,24; SiO - 0,36; FeO - 0,001; AlO - 1,95; MgO - 0,6; SO - 1,02. Полученную смесь помещают в автоклав и добавляют 50 мл оборотного раствора состава, г/л: AlO - 149,6; NaO - 320,8; SiO - 1,12; после чего тщательно перемешивают. Автоклав закрывают, устанавливают в термостат, включают нагрев до температуры 95°С и выдерживают при этой температуре 4 часа. Затем увеличивают температуру до 220°С и выдерживают еще 2 часа. После чего выключают термостат, охлаждают термостат до комнатной температуры, открывают и добавляют 50 мл горячей дистиллированной воды. Автоклав закрывают, снова помещают в термостат и нагревают до температуры 98-100°С, при которой выдерживают 4 часа. После чего автоклав охлаждают, открывают и полученный продукт фильтруют на вакуумной установке. При этом нижний продукт (алюминатный раствор) отбирают в отдельную емкость, а верхний продукт (шлам) тщательно промывают горячей водой и сушат. По данным химического анализа получают алюминатный раствор, содержащий (г/л): AlO - 130, SiO - 0,32, NaO - 158, степень выщелачивания по шламу составила 90%. Кремниевый модуль равен 400.
2
3
2
2
2
3
2
oбщ.
2
2
3
2
3
3
2
3
2
общ
2
2
3
2
2
общ
Пример 2. Берут 13,8 г боксита Тиманского месторождения состава, мас.%: п.п.п. - 11,23; AlO - 49,8; СО - 0,35; SiO - 6,84; FeO - 27,4; TiO - 2,9; MnO - 0,63; CaO - 0,43; MgO - 0,55; S - 0,05. Добавляют 1,2 г (8 мас.% от массы боксита) карбонизированной извести состава, мас.%: п.п.п. - 43,0; CaO - 53,24; SiO - 0,36; FeO - 0,001; AlO - 1,95; MgO - 0,6, SO - 1,02. Полученную смесь помещают в автоклав и добавляют 50 мл оборотного раствора состава, г/л: AlO - 149,6; NaO - 320,8; SiO - 1,12; после чего тщательно перемешивают. Автоклав закрывают, устанавливают в термостат, включают нагрев до температуры 95°С и выдерживают при этой температуре 4 часа. Затем увеличивают температуру до 220°С и выдерживают еще 2 часа. После чего выключают термостат, охлаждают автоклав до комнатной температуры, открывают и добавляют 50 мл горячей дистиллированной воды. Автоклав закрывают, снова помещают в термостат и нагревают до температуры 98-100°С, при которой выдерживают 4 часа. После чего автоклав охлаждают, открывают и полученный продукт фильтруют на вакуумной установке. При этом нижний продукт (алюминатный раствор) отбирают в отдельную емкость, а верхний продукт (шлам) тщательно промывают горячей водой и сушат. По данным химического анализа получают алюминатный раствор, содержащий (г/л.): AlO - 122, SiO - 0,25, NaО - 152 и степень выщелачивания по шламу составила 88%. Кремниевый модуль равен 480.
Таким образом, авторами предлагается простой, не требующий дополнительного оборудования и дополнительных операций способ обескремнивания алюминатных растворов процесса Байера, обеспечивающий высокий кремниевый модуль очистки по кремнию, равный 400-480.