Способ совместной переработки каолиновых сиаллитов месторождения Зидды и отходов шламовых полей ГУП «ТАлКо» Текст научной статьи по специальности «Промышленные биотехнологии»

ДОКЛАДЫ АКАДЕМИИ НАУК РЕСПУБЛИКИ ТАДЖИКИСТАН _2015, том 58, №11_

ФИЗИЧЕСКАЯ ХИМИЯ

УДК 669.054:669.071

Академик АН Республики Таджикистан Х.Сафиев, Б.С.Азизов, Д.Р.Рузиев, А.Х.Сафиев, Х.Р.Курбонова СПОСОБ СОВМЕСТНОЙ ПЕРЕРАБОТКИ КАОЛИНОВЫХ СИАЛЛИТОВ МЕСТОРОЖДЕНИЯ ЗИДДЫ И ОТХОДОВ ШЛАМОВЫХ ПОЛЕЙ

ГУП «ТАЛКО»

ГУ «Научно-исследовательский институт металлургии» ГУП «ТАлКо»

Исследован способ совместной переработки каолиновых сиаллитов месторождения Зидды и отходов шламовых полей ГУП «ТАлКо». Определены оптимальные параметры осуществления процессов: спекания шихты, выщелачивания спека, обескремнивания и карбонизации алюминат-фторидного раствора, прокалки криолит-гидраргиллитового осадка. Полученная криолит-глинозёмная смесь может быть использована в качестве сырья для производства алюминия.

Ключевые слова: высококремнистое глинозёмсодержащее сырьё, отходы шламовых полей, спекание шихты, выщелачивание спека, криолит-глинозёмная смесь.

Принимая во внимание наличие огромных запасов высококремнистого глинозёмсодержащего сырья в Республике Таджикистан и необходимость утилизации значительных объёмов отходов шламовых полей ГУП «ТАлКо», был осуществлен цикл исследований по разработке технологии их совместной переработки с целью получения сырья для производства алюминия.

Для этого в качестве исходного сырья были использованы каолиновые сиаллиты месторождения Зидды, шлам и кристаллический осадок солей шламовых полей ГУП «ТАлКо», вещественный состав которых представлен в нижеприведенной таблице.

Таблица

Вещественный состав исходного сырья, мас.%

Компоненты Каолиновый сиаллит месторождения Зидды Шлам газоочистки Кристалический осадок солей

SiO2 39.8 0.8-1.5 -

Л10з 30.5 8.0-12.0 -

ГеОз 13.9 0.5-1.2 -

CaО 0.6 - -

К-О 0.4 - -

т2о 0.2 - -

Ыф 0.2 - -

с - 15.0-24.0 0.3-0.5

шГ - 3.1-5.0 10.0-12.0

- 5.0-14.0 75.0-84.0

^НСО 2+ш 2со 3 - 4.0-10.0 3.0-4.5

ШАГ - 15.0-26.0 -

Адрес для корреспонденции: Сафиев Хайдар. 734003, Республика Таджикистан, г. Душанбе, ул. ХХакимзаде, 17, ГУ «Научно-исследовательский институт металлургии» ГУП «ТАлКо». Е-таП: inmet.talco@mail.ru, h.safiev@mail.ru.

В соответствии с [1-3] технологическая схема получения криолита и глинозёма включает следующие основные переделы:

- спекание шихты;

- выщелачивание спека;

- обескремнивание и карбонизация алюминат-фторидного раствора;

- сушка и прокалка полученной смеси.

Исходя из этого, были осуществлены циклы исследований по каждой из стадии технологической схемы.

Согласно результатам исследований [4-6], сульфаты и фториды шлама и кристаллического осадка оказывают минерализирующее действие при спекании шихты, то есть ускоряют распад сырьевых компонентов, снижают температуру спекания и влияют на процесс кристаллизации расплава. Следовательно, при спекании шихты возможно протекание нижеследующих реакций:

№2ТОЭ + Al2Oз = Na2O•Al2Oз + СО2; (1)

CaF2 + ^2ТО3 = 2NaF + CaO + Ш2; (2)

^2ТОз + SiО2 = ^2О^Ю2 + ТО2; (3)

2Na2SO4 + C = 2Na2SOз + ТО2; (4)

2SiO2 + 2Na2SO4 + C= 2Na2O•SiO2 + 2SO2 + Ш2; (5)

Na2O•SiO2 + CaF2 = 2NaF + СаО^Ю2; (6)

3Ш2ТО3 + 2NaзAlF6 = 12NaF + Al2Oз + 3CO2; (7)

3Na2O + Al2Oз = 3Na2O • А^з; (8)

6Na2O + 2NaзAlF6 = 12NaF + 3Na2O • Al2Oз; (9)

SiO2 + 4NaF = SiF4 + 2Na2O; (10)

NaзAlF6 + 1,5Na2COз = 6NaF+0,5Al2Oз+1,5CO2; (11)

NaзAlF6+1,5Na2SO4+0,75C = 6NaF+0,5Al2Oз+1,5SO2+0,75CO2; (12)

NaзAlF6+3NaHCOз = 3NaF+1,5Na2O+0,5Al2Oз+3CO2+3HF; (13)

(14)

Исследования зависимости степени извлечения глинозёма от температуры и продолжительности процесса спекания показали, что наибольшая степень извлечения (82.3%) достигается при температуре 950°С и продолжительности процесса -120 мин (рис.1).

Дальнейшее повышение температуры снижает степень извлечения глинозёма вследствие образования легколетучих фтористых соединений алюминия. Снижение степени извлечения алюминия при дальнейшем повышении продолжительности процесса, очевидно, связано с образованием труднорастворимых силикатов.

2Na,AlF6+3Na,O=12NaF+Al,O,.

Рис.1. Зависимость степени извлечения глинозёма от: а) температуры и б) продолжительности процесса спека-

ШП1

Исследования зависимости степени извлечения глинозёма от состава шихты (рис.2) показали, что наиболее благоприятным является следующее соотношение масс компонентов в шихте:

т : т : т , = 3.0:5.0:2.0

сиаллит шлам кр. осадок

При данном соотношении масс компонентов в шихте, оптимальных значений температуры и продолжительности процесса степень извлечения глинозёма достигает 82.5%. При дальнейшем увеличении содержания компонентов в шихте, из-за несоответствия масс реагирующих веществ стехио-метрическим соотношениям в уравнениях 1-14 полнота протекания этих реакций и степень извлечения глинозема снижаются.

Рис.2. Зависимость степени извлечения глинозёма от соотношения компонентов в шихте: а) сиаллита; б) шлама; в) кристаллического осадка.

С целью выяснения фазовых изменений в составе шихты при её спекании, был осуществлен рентгенофазовый анализ шихты и спека, полученного при оптимальных условиях (рис.3).

14

Рис. 3. Штрихрентгенограммы: а) шихты и б) спека, полученного при оптимальных условиях: 1 - каолин (Al2(OH)4{Si2O5}); 2 - кварц ^Ю2); 3 - криолит (NaзAlF6); 4 - глинозём (Л1203); 5 - буркеит (2№^04№2С03); 6 - шайрерит (Na2SO4•NaF); 7 - гётит (HFeO2), 8 - алюминат натрия (№20Л1203); 9- вил-лиомит (NaF).

Отсутствие на штрихдиаграмме спека линий каолина, криолита, глинозёма, буркеита, шайре-рита и появление линий алюмината натрия и виллиомита свидетельствует о полноте протекания вышеуказанных твёрдофазных реакций и образований алюминат фторидного спека.

С целью извлечения полезных компонентов из состава спека, он дробился до размера частиц 0.1-0.5 мм и подвергался выщелачиванию раствором КаОН различных концентраций и температур в течение 30-150 мин.

Как видно из рис.4, максимальная степень извлечения глинозёма из спека (83.4%) достигается при следующих параметрах процесса: температура - 960С, концентрация №ОН - 100 г/л, соотношение Т:Ж = 1:4 и продолжительность процесса 130 мин.

------- т _____,__

Л ет- по [» |,1 и |;4 и

Рис.4. Зависимость степени извлечения глинозёма от: а) температуры, б) соотношения Т:Ж, в) концентрации №ОН и г) продолжительности процесса выщелачивания.

Алюминат-фторидный раствор после выщелачивания загрязнён значительным содержанием кремнезёма, который негативно влияет на качество полученного продукта. С целью обескремнивания раствора он нагревался до температуры 70-80°С и выдерживался в течение 2-3 часов. В результате выпадения в осадок гидроалюмосиликата натрия содержание кремнезёма в растворе снижалось до

0.2.0.3 г/л.

Для разложения алюминат-фторидного раствора и образования криолит- гидраргиллитового осадка, раствор подвергался карбонизации при 25°С в течение 30 мин, барботированием через него СО2 при расходе 15 л/мин. Затем полученный осадок подвергался прокалке при 550-600°С в течение 90 мин. Полученная смесь содержит от 20 до 40 мас.% глинозёма, от 30 до 50 мас.% криолита и от 10 до 15 мас.% фторида натрия.

Поступило 02.09.2015 г.

ЛИТЕРАТУРА

1. Беляев А.И. Металлургия легких металлов. - М.: Металлургия, 1970, 368 с.

2. Лайнер А.И. Производство глинозема. - М.: Металлургиздат, 1961, 619 с.

3. Москвитин В.И., Николаев И.В., Фомин Б.А. Металлургия легких металлов. - М.: Интернет Инжиниринг, 2005, 413 с.

4. Курохтин А.Н., Азизов Б.С., Алиджанов Ф.Н., Валиев Ю.Я., Сафиев Х.С. Комплексная переработка и использование отходов производства алюминия и местного минерального сырья. - Цветные металлы, 2000, №3, с.88-93.

5. Мирсаидов У., Сафиев Х.С., Азизов Б.С., Рузиев Д.Р. Физико-химические и технологические основы получения криолит- глинозёмного концентрата из местных сырьевых материалов и отходов алюминиевого производства. - Изв. АН РТ. Отд.физ.-мат, хим., геол. и техн.н., Душанбе, 2001, №1, с. 133-141.

6. Патент Таджикистана на изобретение № TJ 364. Способ переработки отходов производства алюминия с местным минеральным сырьем. Мирсаидов У., Сафиев Х.С., Азизов Б.С., Рузиев Д.Р., Лангариева Д. - Бюлл. НПИЦентра РТ, 2003, №2.

^.Сафиев, Б.С.Азизов, Ч,.Р.Рузиев, АД.Сафиев, ^.Р.Курбонова УСУЛИ КОРКАРДИ ЯКЧОЯИ СИАЛЛИТ^ОИ КАОЛИНИИ КОНИ ЗИДДИ ВА ПАРТОВ^ОИ МАЙДОЩОИ ШЛАМИИ КВД «ШИРКАТИ АЛЮМИНИЙИ ТОЧ,ИК»

Муассисаи давлатии «Пажу^ишго^и илмию тащицотии металлургия»-и КВД «Ширкати Алюминийи Тоцик»

Усули коркарди якчояи сиаллитх,ои каолинии кони Зиддй ва партовх,ои майдонх,ои шла-мии КВД «Ширкати Алюминийи Точик» тадкик шудааст. Параметрхои амалигардонии равандхои: пухтани шихта, коркарди ишкории гудоза, бесиликатгардонй ва карбонизатсияи махлули алюминату фтордор, тафсониши такшини криолиту гидраргиллитдор муайян карда шудааст. Омехтаи криолиту гилхокдори хосилкарда, метавонад хамчун ашёи хом дар истехсоли алюминий истифода шавад.

Калима^ои калиди: ашёи хоми гилхокдори серсиликат, партовуои майдонуои шлами, пухтани шихта, коркарди ишцории гудоза, омехтаи криолиту гилходор.

H.Safiev, B.S.Azizov, J.R.Ruziev, A.H.Safiev, H.R.Qurbonova METHOD OF CO-PROCESSING OF KAOLINIC SIALLITE OF DEPOSIT ZIDDI AND WASTE OF SLUDGE FIELDS OF SUE "TALCO"

State Enterprise «Research Institute of metallurgy» SUE "TALCO"

In this article tne method of co-processing of kaolinic siallite of deposit Ziddi and waste of sludge fields of SUE «TALCO» is investigated. The optimum parameters of the process: sintering batch, leaching of the cake, desilication and carbonation aluminum- fluoride solution, baking kriolite- hydrogillete sediment were determinated. The resulting mixture kriolite- alumina can be used as a raw material for aluminum production.

Key words: alumina highsilicon raw material, waste sludge fields, batch sintering, leaching of the cake, a mixture of kriolite and alumina.