CC BY
56
ДОКЛАДЫ АКАДЕМИИ НАУК РЕСПУБЛИКИ ТАДЖИКИСТАН _2018, том 61, №3_
ФИЗИЧЕСКАЯ ХИМИЯ
УДК 669.054:669.071
Н.А.Наимов, Дж.Р.Рузиев, Г.Аминджони, А.Х.Сафиев, Х.Э.Бобоев, Н.П.Мухамедиев, Р.С.Рафиев,
академик АН Республики Таджикистан Х.Сафиев
КОМПЛЕКСНАЯ ПЕРЕРАБОТКА КАОЛИНОВЫХ ГЛИН МЕСТОРОЖДЕНИЯ
«ЗИДДЫ»
Государственное учреждение «Научно-исследовательский институт металлургии»
ГУП «ТАлКо»
В статье приведены результаты исследований по установлению состава и оптимальных параметров комплексной переработки каолиновых глин месторождения «Зидды». Проведенные исследования показали, что в ходе процесса сульфатизации каолиновых глин можно получить сульфати-зированный спёк, состоящий, в основном, из кремнезёма, сульфатов алюминия и железа. Полученный сульфатизированный спёк по известной технологии Байера можно переработать с получением глинозёма или использовать в производстве фтористого алюминия и криолита.
Ключевые слова: каолиновые глины, сульфатизация, сульфатсодержащий раствор, десульфатиза-ция, коагулянт, неочищенный коагулянт, коагулирующие свойства, сульфат алюминия неочищенный, глинозём.
Известно, что на месторождении «Зидды» над и под пластами угля залегают глинозёмсодер-жащие каолиновые глины, запасы которых, по предварительным подсчётам геологов Зиддинской партии, составляют более 50 млн т [1-4]. С учётом стратегии импортозамещения и перехода на местное сырьё [5], а также принимая во внимание промышленное производство серной кислоты на предприятии «ТАлКо Кемикал» (г. Яван), был проведен цикл исследований по сульфатизации каолиновых глин, конечной целью которых является получение глинозёма.
Рентгенофазовым анализом установлено, что породообразующими минералами каолиновых глин месторождения «Зидды» являются каолинит и кварц; химический состав исходной глины, (мас.%): SiO2 - 69.4; А^Оз - 21.4; Fe2Oз - 3.2; СаО - 1.8; MgO - 0.8; N20 - 0.6; К2О - 0.7; ТЮ2 - 1.2.
Для проведения исследований по сульфатизации каолиновых глин использовали лабораторную установку, обеспечивающую полноту взаимодействия серной кислоты с пробой при минимальных потерях кислоты. Расход серной кислоты определяли по стехиометрическому расчету.
При сульфатизации каолиновых глин возможно образование следующих кристаллогидратов сульфата [6]:
АЬ^04)з, • 5H2S04 АЬ^04)з • 4H2S04 А12^)з • 3H2S04-АЬ^04)з • 2H2S04 АЬ^04)з • H2S04 ^АЬ^04)з.
Адрес для корреспонденции: Сафиев Хайдар. 734003, Республика Таджикистан, г. Душанбе, ул. Х.Хакимзаде, 17, Государственное учреждение «Научно-исследовательский институт металлургии» ГУП «ТАлКо». Е-mail: inmet.talco@mail.ru, h.safiev@mail.ru.
Установлено, что на степень извлечения глинозёма из состава каолиновой глины влияют следующие параметры: температура и продолжительность процесса, концентрация и дозировка кислоты. Результаты исследований представлены на рис.1.
В результате проведенных исследований (рис.1.) определены оптимальные параметры суль-фатизации: температура - 280°С, продолжительность процесса - 90 мин., дозировка кислоты - 110% от стехиометрического количества и концентрация серной кислоты - 95%. По традиционной технологии Байера из образовавшегося сульфатизированного спёка можно получить глинозём, при этом степень извлечения глинозёма достигает 97-98%.
1-1-1-1-1-1-*
0 120 160 200 240 2S0 320 ~
■-1-т-Т-1--* т, мин
0 30 50 70 PQ 110 130
1---Т-1--т-* O-HjSO*
О 80 30 100 110 120 130
-1-Т-1-J-1-* C-HiSOi
0 55 65 75 85 95 100
Рис.1. Зависимость степени извлечения глинозёма от температуры (а), продолжительности процесса (б),
дозировки кислоты (в) и концентрации кислоты (г).
Полученный сульфатизированный спёк и исходный каолин были подвергнуты рентгенофазо-вому анализу. В результате проведённых исследований (рис.2) выявлено, что в составе спёка, в основном, содержатся растворимые соли - сульфаты алюминия и железа.
Как видно из рентгенограммы (рис.2а), основные линии составляют минералы каолинит и кварц. После сульфатизации каолиновой глины с серной кислотой появляются новые линии (рис. 2б), характерные для алуногена (Al2(SO4)318H2O), что указывает на полноту протекания химических процессов.
а >
6>
0°
Рис.2. Штрихрентгенограммы: а) исходного каолина; б) спёка каолина с серной кислотой при оптимальных условиях: 1 - каолинит (А120з28Ю22Н20); 2 - кварц (8Ю2); з - алуноген (А12(804)з18Н20).
С целью разделения сернокислого алюминия была изучена водная обработка спёка. Параметрами, влияющими на степень извлечения сульфата алюминия при водной обработке, являются температура, продолжительность процесса и соотношение Т:Ж - твёрдой и жидкой фаз (спёка и воды)
(рис.3.).
аЛо А1гО:
100 дд
■30 70 50 50 40 30 70 10 0-
0
т-
10
50
-г~
60
20
~Г
70
80
30
Т"
90
35
Г, мин
100 —►
1,°С
Т:Ж
1-1-|-1-1-!—
О 1:1 1:2 1:3 1:4 1:5 1:6
Рис.3. Зависимость степени извлечения глинозёма (а) от продолжительности процесса (а), температуры (б) и соотношения Т:Ж (в).
Исследование процесса водной обработки проводилось в термостатированном реакторе с мешалкой при заданных условиях. Полученная в результате водной обработки пульпа подвергалась фильтрации. Концентрация растворимых солей в фильтрате определялась по известной методике.
Как видно из рис.За, максимальная степень извлечения сульфата алюминия (в пересчете на глинозём) достигает 97-98% при продолжительности обработки 30 мин. При этом неизменными параметрами остались: температура - 90оС, соотношение Т:Ж - 1:4. Также изучалось влияние температуры процесса (рис.Зб) - при повышении температуры с 50оС до 90оС степень извлечения глинозёма изменяется от 25.0% до 97.7%. Выявлено, что максимальная степень извлечения глинозёма (98%) достигается при соотношении Т:Ж -1:4 (рис.Зв).
С целью превращения сульфата алюминия в алюминат натрия из сульфатизированной каолиновой глины изучалась степень десульфатизации сульфатсодержащего раствора в зависимости от объёма и концентрации гидроксида натрия и количества оксида кальция.
При известково-щелочной обработке сульфатсодержащего раствора возможно протекание следующих реакций:
А^О^з + 6№ОИ=|2 А1(ОН)З +3Na2SO4 (1)
А1(ОН)з + №ОИ = №[А1(ОН)4] (2)
Fe2(SO4)з + 6№ОИ =|2 Fe(OH)з+3Na2SO4 (3)
Na2SO4 + Са0+Н20 = 2№ОИ +jCaSO4 (4)
При добавлении оксида кальция в интервале от 0.5 до 4 г, осаждение сульфата (десульфатиза-ция) в виде СаSО4 достигает 90-98%. Процесс десульфатизации протекает согласно реакциям (1) и (4). Кроме того, определено, что максимальная степень извлечения алюмината натрия достигает 98% при концентрации гидроксида натрия 75 г/л согласно реакциям (1) и (2). Результаты проведенных исследований приведены в табл.1.
Таблица 1
Зависимость степени извлечения алюмината натрия от параметров известково-щелочной обработки
(объём исследуемого раствора 50 мл)
№ Объём №ОИ, мл Концентрация №ОИ, г/л Масса СаО, г Десульфатизация, % Степень извлечения алюмината натрия, %
1 15 100 1.0 69.07 85.14
2 20 100 1.0 69.07 93.32
3 25 100 1.0 69.07 96.15
4 30 100 1.0 69.07 88.52
5 25 25 1.0 69.07 71.92
6 25 50 1.0 69.07 88.01
7 25 75 1.0 69.07 98.51
8 25 100 1.0 69.07 96.92
9 25 125 1.0 69.07 94.74
10 25 75 1.5 75.43 98.51
11 25 75 2.0 81.23 98.51
12 25 75 2.5 86.83 98.51
13 25 75 3.0 90.20 98.51
14 25 75 3.5 91.30 98.51
15 25 75 4.0 94.63 98.51
16 25 75 4.5 98.36 98.51
Как видно из табл. 1, оптимальными условиями процесса десульфатизации сульфатсодержа-щего раствора являются: объём №0Н - 25 мл, концентрация №0Н - 75 г/л, масса СаО - 4.5 г. При этом степень десульфатизации достигает 98.36%, максимальная степень извлечения алюмината натрия составляет до 98.51%.
Полученный раствор алюмината натрия по известной технологии Байера можно переработать с получением глинозёма или использовать в производстве фтористого алюминия и криолита.
Также полученный материал можно использовать в качестве неочищенного коагулянта, поэтому в лабораторных условиях было выработано более одного килограмма сульфатизированного спека. Испытания проводились в лаборатории Центра контроля качества питьевых вод при ГУП «Душанбеводоканал» по стандартной методике. По результатам испытаний оформлен и утвержден Акт «О проведении испытаний неочищенного коагулянта» от 01.02.2018 г., данные исследований приведены в табл. 2 в сопоставлении с показателями используемых стандартных коагулянтов для очистки воды.
Таблица 2
Сравнительная характеристика физико-химических показателей экспериментального и
стандартного коагулянтов
Определяемый показатель Вид коагулянта
Сульфат алюминия очищенный (ГОСТ 12966-75) Сульфат алюминия, неочищенный (ГОСТ 5155-74) Неочищенный каолиновый коагулянт
Но рмативное содержание для сорта, %
Высший I II А В
А1203, не менее 16.3 15.0 14.0 9.5 9.5 15.58
Н^04 свободная, не более 0 0.05 0.1 2.0 3.0 0.408
Fe (в пересчете на Fe203), не более 0.002 0.04 0.7 0.5 0.9 0.4
Аs (в пересчете на Аs203), не более 0.001 0.5 0.7 0.003 0.003 0.002
Нерастворимый в воде остаток по отношению к оксиду алюминия (н. о. /А1203), не более - - - 2.2 2.7 2.15
Доза коагулянта, мг/л 18.28 19.80 21.28 31.36 31.36 19.12
Данные таблицы свидетельствуют о том, что основные физико-химические показатели неочищенного коагулянта, полученного из каолиновых глин, соответствуют требованиям ГОСТ 5155-74 для сульфата алюминия неочищенного.
По показателю «доза коагулянта» полученный коагулянт соответствует требованиям ГОСТ 12966-75 и ГОСТ 5155-74 (для сульфата алюминия очищенного и сульфата алюминия неочищенного).
Таким образом, в ходе процесса сульфатизации каолиновых глин можно получить сульфати-зированный спёк, состоящий, в основном, из кремнезёма, сульфатов алюминия и железа.
По известной технологии из образовавшегося сульфатизированного спёка можно получить глинозём, при этом степень извлечения глинозёма достигает 97-98%. Без дополнительных технологических операций спёк можно использовать в качестве неочищенного каолинового коагулянта, а твёрдый остаток использовать в производстве строительных материалов.
Поступило 15.01.2018 г.
ЛИТЕРАТУРА
1. Наймов Н.А., Рузиев Дж.Р., Сафиев А.Х., Бобоев Х.Э., Сафиев Х. Физико-химические аспекты сульфатизации каолиновых глин Таджикистана. - ДАН РТ, 2017, т. 60, №7-8, с.356-361.
2. Бобоев Х.Э. Кислотное разложение каолиновых глин и сиаллитов: Автореф. дис... к.т.н. - Душанбе, 1996, 19с.
3. Малый патент Республики Талжикистан №TJ 582. Способ комплексной переработки минеральных ресурсов месторождения «Зидди» / Х.Сафиев, Ю.Я.Валиев, Ш.О.Кабиров, Б.С.Азизов и др.; ГУ «НИИМ» ГУП «ТАлКо».-18.07.2013, опубл. в Бюл. №89, 2013, зарегистрировано в Госреестре 26.09.2013г.
4. Валиев Ю.Я., Сафиев Х., Бобоев Х.Э. и др. Физико-химический анализ минерального сырья месторождения Зидды. - Изв. АН РТ. Отд. физ.-мат., хим., геол. и техн. н., 2012, №2(163), с.88-94.
5. Сафиев Х., Кабиров Ш.О., Азизов Б.С., Мирпочаев Х.А. Состояние и перспективы перехода ГУП «ТАЛКО» на местное сырьё и диверсификации ее продукции. - Изв. АН РТ. Отд. физ.-мат., хим., геол. и техн. н., 2011, №3(144), с. 106-112.
6. Запольский А.К. Сернокислотная переработка высококремнистого алюминиевого сырья. - Киев : Наукова думка, 1981, 208 с.
Н.А.Наимов, Г.Аминчони, Ч,.Р.Рузиев, АД.Сафиев, Х.Э.Бобоев, Н.П.Мухамедиев, Р.С.Рафиев,
Х.Сафиев
КОРКАРДИ КОМПЛЕКСИИ ГИЛИ КАОЛИНИИ КОНИ «ЗИДДЙ»
Муассисаи давлатии «Пажух,ишгох,и илмию тадкцкртии металлургия»-и КВД «Ширкати Алюминийи Тоцик»
Дар кори мазкур, натичахои тадкикотдои муайянкунии таркиб ва параметрдои оптималии коркарди комплексии гили каолинии кони "Зиддй" оварда шудааст. Тадкикотдои гузаронидашуда нишон доданд, ки дангоми омузиши раванди сулфатизатсияи гили каолини, пухтаи сулфатдошта, ки асосан аз оксиди силитсий, сулфатдои алюминий ва одан таркиб ёфтааст, досил мешавад. Пухтаи сулфатдоштаи досилшударо бо усули машдури Байер коркард намуда, метавонем гилхок досил намоем ё инки метавонем дар истедсоли фториди алюминий ва криолит истифода барем.
Калима^ои калиди: гили каолини, сулфатизатсия, маулули сулфатдошта, бесулфатгардони, коагулянт, коагулянти тозанашуда, хосияти коагулятсиони, сулфати алюминийи тозанашуда, гилхок.
N.A.Naimov, J.R.Ruziev, G.Aminjoni, A.Kh.Safiev, Kh.E.Boboev, H.Safiev, N.P.Muhamediev,
R.S.Rafiev, Kh.Safiev COMPLEX PROCESSING OF KAOLIN CLAYS ZIDDI DEPOSIT
State Institution «Scientific-research institute of Metallurgy» SUE «TALCO»
In this work the results of studies on establishing the composition and optimal parameters for the complex processing of kaolin clays of the Ziddi deposit is showed. The conducted studies showed that during the process of sulfatization of kaolin clays, it is possible to obtain sulfated sintering, consisting mainly of silica, aluminum sulfate and iron sulfate. The resulting sulphated sinter according to known Bayer technology can be processed to produce alumina or used in the production of aluminum fluoride and cryolite. Key words: kaolin clays, sulfatization, sulfate-containing solution, desulfatization, coagulant, raw coagulant, coagulating properties, crude aluminum sulfate, alumina.
