CC BY
24
ДОКЛАДЫ АКАДЕМИИ НАУК РЕСПУБЛИКИ ТАДЖИКИСТАН _2018, том 61, №2_
ФИЗИЧЕСКАЯ ХИМИЯ
УДК 669.054:669.071
Н.А.Наимов, Г.Аминджони, Дж.Р.Рузиев, Р.С.Рафиев, Х.Э.Бобоев, академик АН Республики Таджикистан Х.Сафиев
ФИЗИКО-ХИМИЧЕСКИЕ АСПЕКТЫ ПЕРЕРАБОТКИ СТАВРОЛИТ-МУСКОВИТОВЫХ СЛАНЦЕВ СПОСОБОМ СУЛЬФАТИЗАЦИИ
Государственное учреждение «Научно-исследовательский институт металлургии»
ГУП «ТАлКо»
Исследованы физико-химические аспекты переработки ставролит-мусковитовых сланцев способом сульфатизации. Определены оптимальные технологические параметры процессов суль-фатизации (температура, продолжительность, концентрация и дозировка кислоты) и водной обработки сульфатизированного спёка (температура, продолжительность и соотношение твердой и жидкой фаз). Сульфатизированный спёк можно использовать в качестве неочищенного коагулянта, при последующей его переработке можно получить гидроксид алюминия и алюминат натрия - исходное сырьё для получения фтористых солей, а также глинозём - основное сырьё для производства алюминия.
Ключевые слова: ставролит-мусковитовые сланцы, сульфатизация, сульфат алюминия, гидроксид алюминия, глинозем, фтористые соли.
Известные методы выделения глинозёма из высококремнистого сырья можно разделить на две большие группы: щелочные и кислотные. При использовании щелочных методов алюминий переходит в водорастворимую форму в виде алюминатов [1,2]. В случае переработки промышленных высококремнистых отходов более предпочтительными оказываются кислотные способы, в частности сернокислотный. Интерес к сернокислотному способу связан со снижением цен на серную кислоту [3-5].
Существуют две разновидности сернокислотного способа. В соответствии с первым предварительно обожженную при 550-650°С руду измельчают и обрабатывают при 100-105°С в течение нескольких часов концентрированным раствором серной кислоты. При этом образуется раствор сульфата алюминия, который выпаривают и получают кристаллический сульфат алюминия. По второму способу измельченное алюминийсодержащее сырьё спекают с серной кислотой при 280-320°С. При этом получают спек, который можно использовать в качестве неочищенного коагулянта для очистки воды или выделить из него кристаллический сульфат алюминия путём обработки горячей водой и последующей кристаллизацией.
Актуальность получения из высококремнистого сырья сульфата алюминия с последующей его переработкой для выделения гидроксида алюминия и глинозёма обусловлена необходимостью обеспечения указанными видами сырья (с отказом от импорта) действующие в республике предпри-
Адрес для корреспонденции: Сафиев Хайдар. 734003. Республика Таджикистан, г. Душанбе, ул. ХХакимзаде, 17, Государственное учреждение «Научно-исследовательский институт металлургии» ГУП «ТАлКо». E-mail: inmet.talco@mail.ru, h.safiev@mail.ru
ятия по производству алюминия и фтористых солей, а также принимая во внимание вступивший в строй завод по производству серной кислоты.
С этой целью была поставлена задача исследовать возможность получения гидроксида алюминия и глинозёма из местного глиноземсодержащего сырья методом сульфатизации.
Для изучения процесса сульфатизации были использованы ставролит-мусковитовые сланцы Курговадского месторождения, содержащие (мас.%): SiO2 - 56.0-58.0; А1203 - 22.0-26.0; Fe2O3 - 7.09.0; СаО - 1.5-2.0; МgO - 0.8-1.2; №20 - 0.8-1.2 и К20 - 4.0-6.0. Относительно высокое содержание глинозёма (не менее 20%) позволяет перерабатывать сырьё методом сульфатизации. Основными факторами, влияющими на протекание процесса сульфатизации, являются температура, продолжительность процесса, дозировка и концентрация кислоты - результаты исследования этих параметров представлены на рис. 1 и 2.
Влияние температуры процесса сульфатизации на степень извлечения сульфата алюминия в перерасчете на глинозем можно проследить на рис.1(кривая а). Как видно из рисунка, с повышением температуры скорость сульфатизации ставролит-мусковитовых сланцев увеличивается и степень извлечения А1203 в интервале температур от 120 до 220оС возрастает от 28.7 до 94.3%. При дальнейшем повышении температуры степень извлечения глинозёма из состава спека уменьшается, что очевидно связано с испарением серной кислоты. Варьирование температуры осуществляли при продолжительности процесса - 60 мин., концентрации серной кислоты - 98% и дозировке кислоты - 100% от стехиометрии.
АЬОз, * о
Рис.1. Зависимость степени извлечения глинозёма от температуры (а) и продолжительности
процесса сульфатизации (б).
На рис.1 приведена кривая (б) зависимости степени извлечения сульфата алюминия от продолжительности процесса сульфатизации. За 10 мин. процесса степень извлечения А1203 составила 35.3% с плавным возрастанием до 94.5% при 120 мин. Дальнейшего роста степени извлечения по истечении 2 ч не наблюдалось, что свидетельствует о полноте протекания процесса сульфатизации.
Влияние концентрации серной кислоты на степень извлечения глинозёма представлено на рис. 2(кривая а). В данной серии опытов неизменными факторами являлись: температура сульфати-зации - 220оС; продолжительность процесса - 90 мин.; дозировка кислоты - 100% от стехиометриче-ского количества. Концентрацию серной кислоты изменяли в пределах 75-95%. Исследования показали, что с увеличением концентрации кислоты степень извлечения глинозёма возрастает, достигая пика в 94.2% при максимальной концентрации.
АЬОз, %
1-1-1-1-1-1-* Он2504. %
0 80 90 100 ПО 120
Рис.2. Зависимость степени извлечения глинозёма от концентрации (а) и дозировки кислоты (б).
Дозировку серной кислоты производили исходя из расчёта содержания легковскрываемой минералогической формы глинозема (рис.2, кривая б). Максимальный выход глинозёма 94.1% наблюдался при 100% от стехиометрически необходимого количества кислоты. Увеличение содержания кислоты приводило к снижению степени извлечения глинозёма, что, по всей видимости, обусловлено повышением вязкости пульпы, замедляющим процесс сульфатизации.
Определение минералогического состава проводили рентгенофазовым анализом (РФА) на установке «Дрон-2» с применением Сиа. РФА ставролит-мусковитовых сланцев показал (рис.За) наличие линий, характеризующих минералы ставролит, мусковит; кварц и гематит. На штрих-рентгенограмме сульфатизированного спёка (рис.Зб) отмечено появление линий, относящихся к алу-ногену и калиевым квасцам.
Рис.3. Штрих-рентгенограммы ставролит-мусковитовых сланцев (а) и сульфатизированного спёка (б).
1 - гематит ^е203), 2 - мусковит (КЛ12ЮН)2(Л^Юю)), 3 - кварц ^Ю2), 4 - алуноген (А^^Ю^зШНЮ), 5 - квасцы калиевые (КЛ1^Ю4)2 12Н2Ю).
% А1гОа
100
0 60 70 80 90 98
1 0 1 15 I 30 1 45 60 I 75
1 0 1 1:2 I 1:3 1 1:4 I 1:5 I 1:6
Т:Ж
Рис.4. Зависимость степени извлечения глинозёма от температуры (а), продолжительности процесса (б) и соотношения твердой и жидкой фаз (в).
В ходе проведенных исследований определены оптимальные параметры процесса сульфати-зации ставролит-мусковитовых сланцев месторождения «Курговад», что подтверждено РФА и химическим анализом, а также достигнута высокая степень извлечения глинозёма.
С целью отделения содержавшихся в составе сульфатизированного спека алуногена и калиевых квасцов спек подвергали водной обработке. Основными факторами, влияющими на процесс водной обработки, являются температура, продолжительность процесса и соотношение твёрдой и жидкой фаз. Цикл исследований, результаты которых представлены на рис.4, включал изменения указанных технологических параметров.
В ходе проведенных исследований определены оптимальные технологические параметры водной обработки сульфатизированного спека (рис.4): температура - 90°С, продолжительность процесса - 60 мин. и соотношение Т:Ж - 1:4. При этом степень извлечения сульфата алюминия в пересчёте на глинозём составляет 94.17%.
Проведенные исследования являются основой для разработки технологии получения сульфата алюминия из местного глинозёмсодержащего сырья с последующей переработкой для выделения гидроксида алюминия и глинозёма - сырьевых компонентов для производства фтористых солей и алюминия.
Поступило 27.11.2017 г.
ЛИТЕРАТУРА
1. Китлер И.Н., Лайнер Ю.А. Нефелины - комплексное сырьё алюминиевой промышленности. - М.: Металлургиздат, 1962, 236 с.
2. Сафиев Х., Кабиров О.Ш., Азизов Б.С., Муродиён А. и др. Основные направления использования местных минеральных ресурсов в производстве алюминия. - Горный журнал, 2016, Спец. выпуск, с. 49-5З.
3. Лайнер Ю.А. Комплексная переработка алюминийсодержащего сырья кислотными способами. -М.: Наука,1982, 208 с.
4. Запольский А.К. Сернокислотная переработка высококремнистого алюминиевого сырья. - Киев: Наукова думка,1981, 208 с.
5. Назаров Ш.Б. Исследование двухстадийного разложения нефелиновых сиенитов серной и соляной кислотами: Автореф. дис... к.х.н. - Душанбе, 1993, 25 с.
Н.А.Наимов, Г.Аминчони, Ч,.Р.Рузиев, Р.С.Рафиев, Х.Э.Бобоев, ^.Сафиев
ЧДНБАХРИ ФИЗИКАВИЮ ХИМИЯВИИ КОРКАРДИ ВАРАЦСАНЩОИ СТАВРОЛИТ-МУСКОВИТ БО УСУЛИ СУЛФАТИЗАТСИЯ
Муассисаи давлатии «Пажух,ишгох,и илмию та^кцкртии металлургия»-и КВД «Ширкати Алюминийи Тоцик»
Дар маколаи мазкур чанбадои физикавию химиявии коркарди вараксангдои ставролит-мусковит бо усули сулфатизатсия, омухта шуданд. Параметрдои оптималии технологии раванддои сулфатизатсия (дарорат, давомнокии раванд, консентратсия ва вояи (дозировка) кислота) ва коркарди обии пухтаи сулфатдошта (дарорат, давомнокии раванд ва таносуби байни сахту моеъ), муайян карда шуд. Сулфати алюминийи чудошударо метавонанд ба сифати коагулянти тозанашуда истифода баранд ё инки дангоми коркарди иловагй метавонанд
гидроксиди алюминий ва алюминати натрий - ашёи хоми ибтидой барои намакдои фтордор ва дамчунон гилхок - ашёи хоми асосй барои истедсоли алюминий, досил кунанд.
Калима^ои калиди: варацсанг^ои ставролит-мусковит, сулфатизатсия, сулфати алюминий, гидроксиди алюминий, гилхок, намащои фтордор.
N.A.Naimov, G.Aminjoni, J.R.Ruziev, R.S.Rafiev, Kh.E.Boboev, H.Safiev PHYSICAL AND CHEMICAL ASPECTS OF PROCESSING STAVROLITE-MUSCOVITE SCHISTS BY SULFATHIZATION METHOD
State Institution «Scientific-research institute of Metallurgy» SUE «TALCO»
In this work the physico-chemical aspects of the processing of staurolite-muscovite schists by the method of sulfatization are investigated. Optimum technological parameters of sulfatization processes (temperature, duration, concentration and dosage of acid) and aqueous treatment of sulfated sinter (temperature, duration and ratio of solid and liquid phases) are determined. The isolated aluminum sulphate can be used as a raw coagulant, during its subsequent processing it is possible to produce aluminum hydroxide and sodium aluminate, the raw material for fluoride salts, and alumina, the main raw material for the production of aluminum.
Key words: staurolite-muscovite schists, sulfatization, aluminum sulphate, aluminum hydroxide, alumina, fluoride salts.
