ПОЛУЧЕНИЕ ВЫСОКОКАЧЕСТВЕННОГО ГЛИНОЗЕМА ИЗ АНГРЕНСКОГО КАОЛИНА

АННОТАЦИЯ

В алюминиевой промышленности исходным сырьем является глинозем Аl₂O₃. Сырьем для производства глинозема является боксит, который в основном перерабатывается методом Байера. В последнее время изучаются возможности получения металлургического глинозема из руд с низким содержанием алюминия низкого качества в качестве сырья для получения металлургического глинозема, а также каолиновой руды. Однако, для таких руд метод Байера по извлечению глинозема считается неэффективным из-за недостаточного содержания оксида алюминия в руде. В данной работе рассмотрены возможности комплексной переработки Ангренского каолина для получения кремнезема в аморфном состоянии, оксидов железа и высококачественного металлургического глинозема.

ABSTRACT

In the aluminum industry, alumina Al₂O₃ is the starting material. The raw material for the production of alumina is bauxite, which is mainly processed by the Bayer method. Recently, the possibilities of obtaining metallurgical alumina from ores with a low content of low-quality aluminum as a raw material for the production of metallurgical alumina, as well as kaolin ore, have been studied. However, for such ores, the Bayer method for extracting alumina is considered ineffective due to the insufficient content of aluminum oxide in the ore. In this paper, the possibilities of complex processing of Angren kaolin for the production of silica in an amorphous state, iron oxides and high-quality metallurgical alumina are considered.

Ключевые слова: глинозём, алюминий, боксит, каолин, обжиг, метод Байера, исходное сырье.

Keywords: alumina, aluminum, bauxite, kaolin, roasting, Bayer method, feedstock.

Запасы каолина (Al₂O₃·2SiO₂·2H₂O) на месторождениях, расположенных в районе города Ангрен Ташкентской области, составляют более 1,4 млрд. тонн, в год добывается 5 млн. тонн каолиновой руды.

Каолин, добываемый как отходы Ангренского угольного месторождения, содержит множество других минералов; кварц, оксиды железа и титана, фосфор, серу и т. д., а также органические вещества.

Химический состав Ангренской каолиновой руды приведен в таблице 1.

Таблица 1.

Минералогический состав первичной Ангренской каолиновой руды

В настоящее время более 95% глинозема в мире добывается в России и получается методом, предложенным К.И.Байером в 1895-1898 гг.

По методу Байера алюминиевое сырье избирательно растворяют в растворе гидроксида натрия (NaOH) в автоклаве при температуре 230-240^ос, давлении 30 АТМ.

Этим методом можно перерабатывать только бокситовую руду с низким содержанием кремнезема. Потому что, если используется руда с высоким содержанием кремнезема, алюминий не переходит в раствор, образуя осадок (красный шлам) Na₂O·Al₂O₃·2SiO₂·2H₂O. Шлам отправляется на отвал.

Метод Байера для этих руд не является эффективной технологией из-за недостаточного содержания глинозема в Ангренском каолине, чрезвычайно высокого содержания кремнезема.

Сложность состава низкокачественного высокосиликатного каолина является одной из трудноразрешимых проблем получения алюминия из Ангренского каолина из-за большого количества присадок.

Мы считаем, что комплексная переработка Ангренского каолина для получения алюминия, то есть извлечение из него кремнезема в аморфном виде, может дать экономический эффект только в том случае, если его направить в резиново-техническую промышленность, извлеченные оксиды железа в цементную промышленность и затем извлеченный далее глинозем в производство алюминия, а оставшийся (10%) остаток в производство минеральных удобрений.

В этой статье представлены результаты исследований, проведенных с целью извлечения кремнезема из Ангренского каолина.

Известно, что кремний соединяется с галогенидами, особенно с фтором, с образованием соединения, которое легко переходит в газовую фазу. Преимущество использования фторида аммония в качестве обескремнивающего реагента заключается в том, что он может регенерироваться [1].

Это даёт возможность непрерывно проводить процесс обескремнивания и извлекать из кварцевых руд аморфный кремний, например:

SiO₂ + 6NH₄ F = (NH₄)₂ SiF₆ + 4NH₃ + 2H₂O                           (1)

Полученное соединение (амонийгесофторсиликат) при охлаждении переходит в твердую фазу и растворяется в помощью аммиачной воды, тогда происходит нижеследующая реакция с осажденем аморфного кремния SiO₂:

(NH₄)₂ SiF₆ + 4NH₄ OH=SiO₂ + 6NH₄F + 2H₂O                        (2)

Исследования по обескремниванию каолина проводились по технологической схеме примеденной на рисунке 1.

Рисунок 1. Технологическая схема обескремнивания Ангренского каолина

Лабораторные испытания по обескремниванию Ангренского каолина галогеноаммонием проводилисть в новой проектированной и не имеющей аналогов на практике (рис.2.) электропечи [1-2].

Рисунок 2. Схема электропечи для обескремнивания

Печь состоит из следующих частей: 1 – посуда приготовленная из нержавеющего металла, 2 – печь, 3 – термопара, 4 – газоулаливающее устройство, 5 – устройство для улавливания аммиака.

Химический состав каолина и продуктов исследования анализировались в центральных лабораториях Навоийского горно-металлургического комбината и Алмалыкского горно-металлургического комбината.

 Анализы проводились химическим, спектальным и массспектральным методами.

Изучалась зависимость степени обескремивания высококремнеземистой Ангренской каолиновой руды к времени, температуре и расходу реагента.

Оксид кремния в полученном образце смешивали стехиометрически с бифторидом аммония в зависимости от количества [3-6].

Для этого предельные значения влияющих факторов принимались так: при температуре 300°С, 400°С, 450°С и проводились в течение 10, 20, 40, 60 мин.

Зависимость степени обескремнивания каолина от времени представлена на рисунке 3 (расход реагента 150%, температура 450^оС).

Рисунок 3. Зависимость степени обесремнивания каолина от времени

Из рисунка 3 видно,что при нагревании Ангренской каолиновой руды до 350⁰ C в течении 60 минут, при повышении температуры до 400⁰ C в течение 30 минут, при повышении температуры до 450⁰ C в течении 15 минут определяется переход гексафторсиликата аммония в газовую фазу 70, 90 и 100% ссотвественно. В конце процесса полученный продукт выгружен в отдельную посуду и смешан с дистилировнной водой.

С помощью фильтрования пульпа была разделена на твердую и жидкую фазы;

надфильтрованный продукт кек был положен ва фарфоровую посуду и с целью извчеления бифторида аммония растворялась водой;

жидкая пульпа отфильтровывалась и кек поставили в сушильный шкаф (60^оС) для сушки;

высушенную массу охлаждали и взвешивали, и по весовому соотношению определяли степень воздействия.

Кек (аммоний гексафторсиликат) растворяли в 10% ном растворе (NH₄)OH  и было определено, что в результате растворения образуется NH₄F•HF.

Кинетика взаимодействия процесса представлена на рисунке 4.

Степень воздействия AГФС и гидроксида аммония по изменению веса образца определяется путем измерения охлажденной массы.

По результатам кинетических исследований изучалась временная зависимость взаимодействия соли гексафторсиликата аммония с 10% - ным (NH₄)ОН при различных температурах.

При воздействии 10% li (NH₄) OH гексафторсиликатом аммония в течение 20, 30, 40, 50^oC и 90 секунд было обнаружено растворение 0,76, 0,80, 0,84 и 0,90 г соответственно соли гексафторсиликата аммония. Увеличение времени взаимодействия более чем на 90 секунд не привело к значительным изменениям.

Рисунок 4. Кинетика взаимодействия (NH₄)₂SiF₆ с 10% ным раствором (NH₄)OH

Для разложения силикатных соединений Ангренского каолина использовалась техническая смесь, состоящая из 25% фторида аммония и 75% бифторида аммония.

Разделение железа и его оксидов производилось на магнитном сепараторе [7].

По результатам проведенных исследований создана технологическая схема переработки техногенных продуктов (рис.5), включающая процессы фторирования, сублимации АГФС, получения аммиачной воды, получения кремнезема в аморфном состоянии, регенерации и повторного использования фтористого аммония.

Рисунок 5. Технологическая схема переработки Ангренского каолина

Результат эксперимента по получению высококачественного глинозема из Ангренского каолина представлен в таблице 2.

Таблица 2.

Химический состав Ангренского каолина после обескремнивания

Выделение железа и кремнезема из состава Ангренского каолина с помощью фторида аммония с образованием комплексного соединения кремния и других дополнительных элементов с фторидом аммония при 400 - 450^оС получен металлургический глинозем.

Создан метод охлаждения АГФС с последующим растворением и обработкой в аммиачной воде для получения кремнезема, десублимация АГФС, фильрация пульпы оксида кремния, сушка и получение готового продукта в аморфном состоянии нагревом кремнезема, испарение основного раствора аммиака, извлечение кремнезема из состава каолина, включающего процессы кристаллизации фторида аммония, с целью возврата к стадии фторирования [2,8].

Исходный кремнезем гексафторсиликат аммония обрабатывали 15% - ным водным раствором аммиака, полученным в результате реакции взаимодействия оксида кремния с фторидом аммония (2), в результате чего (NH₄)₂SiF₆ гидролизовали за счет выделения тепла в жидком щелочном растворе.

Полученный осадок фильтровали, промывали, сушили и томили при температуре 800°C, в результате чего получили кремнезем чистотой 99,9%.

Оксид кремния, полученный в качестве побочного продукта, по химическому составу является импортозаменителем и служит для увеличения внутреннего потенциала в резиновой промышленности [3,9].

Это, в свою очередь, значительно увеличивает извлечение компонентов и обеспечивает экономическую эффективность их обработки.

Список литературы:

1. Самадов А.У. Особенности комплексного подхода переработки техногенных образований горно-металлургических производств: диссертация на соискание ученой степени доктора технических наук (doctor of science) Ташкент – 2017 год.
2. Samadov A.U. Temirni ajratib olish uchun metallurgiya shlaklarini qayta ishlash usuli, Ixtiroga patent № IAP 04650 Samadov A.U. talabnoma raqami IAP 2011 0285.
3. Samadov A.U. Таrkibida oltin bo‘lgan xomashyoni qayta ishlash usuli; ixtiroga patent № IAP 05376. Samadov A.U. talabnoma raqami IAP 2014 0131.
4. Беляев А.И. Металлургия легких металлов. «Металлургия», г.Москва, 1970 г., 368 с.
5. Мамаджанов З.Н., Шамшидинов И.Т. Исследование процесса выщелачивания алюминия из каолиновых глин Ангренского месторождения. Universum: Технические науки: электрон. научн. журн. 2018. № 3(48) . URL: http://7universum.com/ru/tech/archive/ item/5642
6. Абдурахмонов Сойиб Абдурахмонович, Тошкодирова Рано Эркинжоновна СТАТИСТИЧЕСКАЯ ОБРАБОТКА ПОКАЗАТЕЛЕЙ ЭЛЕКТРОВЫЩЕЛАЧИВАНИЯ МЕТАЛЛОВ ИЗ КЛИНКЕРА // Universum: технические науки. 2022. №11-2 (104). URL: https://cyberleninka.ru/article/n/statisticheskaya-obrabotka-pokazateley-elektrovyschelachivaniya-metallov-iz-klinkera (дата обращения: 20.04.2023)
7. Тошкодирова Рано Эркинжоновна, Абдурахмонов Сойиб, Бердияров Бахриддин Тилавкабулович ИССЛЕДОВАНИЯ ПО ЭЛЕКТРОМАГНИТНОМУ ОБОГАЩЕНИЮ КЛИНКЕРА //Universum: технические науки. 2021. №4-1 (85). URL: https://cyberleninka.ru/article/n/issledovaniya-po-elektromagnitnomu-obogascheniyu-klinkera (дата обращения: 20.04.2023).
8. N.M.Askarova, N.E.Ahmedova. Boyitilgan Angren ko‘mir koni kaolinidan alyuminiy va kremniy oksidini olish imkoniyatlari. // RESEARCH AND EDUCATION. Vol. 1 No. 2 (2022). C. 269–272.
9. Аскарова Н. М., Тошкодирова Р. Э. Результаты исследований переработки медного шлака и клинкера цинкового производства //Universum: технические науки. – 2022. – №. 3-1 (96). – С. 52-56.