Патент на изобретение №2374179

(54) СПОСОБ ОБЕСКРЕМНИВАНИЯ АЛЮМИНАТНЫХ РАСТВОРОВ

(57) Реферат:

Изобретение относится к цветной металлургии, в частности к обескремниванию натриевых алюминатных растворов процесса Байера. Способ включает обескремнивание алюминатных растворов, полученных при автоклавном выщелачивании боксита, оборотными алюминатными растворами в присутствии кальцийсодержащего реагента. 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 СаСО₃ в пределах 5-8%. Известь берут в количестве 5-8% от массы боксита. Технический результат изобретения заключается в упрощении процесса наряду с высокой степенью очистки растворов от кремния.

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.

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)₂O₃·mSiO₂·(6-2m)H₂O, 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.

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 СаСО₃ 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.

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 СаСО₃ (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.

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 СО₂, 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.

Пример 1. Берут 14,25 г боксита Тиманского месторождения состава, мас.%: п.п.п. – 11,23; Al₂O₃ – 49,8; СО₂ – 0,35; SiO₂ – 6,84; Fe₂O₃ – 27,4; TiO₂ – 2,9; MnO – 0,63; CaO – 0,43; MgO – 0,55; S_oбщ – 0,05. Добавляют 0,75 г (5 мас.% от массы боксита) поверхностно-карбонизированной извести состава, мас.%: п.п.п. – 43,0; СаО – 53,24; SiO₂ – 0,36; Fe₂O₃ – 0,001; Al₂O₃ – 1,95; MgO – 0,6; SO₃ – 1,02. Полученную смесь помещают в автоклав и добавляют 50 мл оборотного раствора состава, г/л: Al₂O₃ – 149,6; Na₂O_общ – 320,8; SiO₂ – 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): Al₂O₃ – 130, SiO₂ – 0,32, Na₂O_общ – 158, степень выщелачивания по шламу составила 90%. Кремниевый модуль равен 400.

Пример 2. Берут 13,8 г боксита Тиманского месторождения состава, мас.%: п.п.п. – 11,23; Al₂O₃ – 49,8; СО₂ – 0,35; SiO₂ – 6,84; Fe₂O₃ – 27,4; TiO₂ – 2,9; MnO – 0,63; CaO – 0,43; MgO – 0,55; S_oбщ. – 0,05. Добавляют 1,2 г (8 мас.% от массы боксита) карбонизированной извести состава, мас.%: п.п.п. – 43,0; CaO – 53,24; SiO₂ – 0,36; Fe₂O₃ – 0,001; Al₂O₃ – 1,95; MgO – 0,6, SO₃ – 1,02. Полученную смесь помещают в автоклав и добавляют 50 мл оборотного раствора состава, г/л: Al₂O₃ – 149,6; Na₂O_общ – 320,8; SiO₂ – 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.): Al₂O₃ – 122, SiO₂ – 0,25, Na₂О_общ – 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.

Формула изобретения

Способ обескремнивания алюминатных растворов при автоклавном выщелачивании боксита оборотными алюминатными растворами в присутствии кальцийсодержащего реагента, отличающийся тем, что 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 СаСО₃ в пределах 5-8%, взятую в количестве 5-8% от массы боксита.