Исследование процесса выщелачивания алюминия из каолиновых глин Ангренского месторождения

Study of the process of leaching aluminum from caolin clays of the Angren deposit
Цитировать:
Шамшидинов И.Т., Мамаджанов З.Н. Исследование процесса выщелачивания алюминия из каолиновых глин Ангренского месторождения // Universum: технические науки : электрон. научн. журн. 2018. № 3 (48). URL: https://7universum.com/ru/tech/archive/item/5642 (дата обращения: 04.08.2020).
Прочитать статью:

АННОТАЦИЯ

Приведены результаты исследований по вовлечению каолиновых глин Ангренского месторождения в процессе получения сульфата алюминия – эффективного коагулянта. Показано, что прокалка каолиновых глин при температуре 650ОС в течение 2 часов позволяет повысить степень извлечения алюминия до 96,1%.

Максимальная степень извлечения алюминия при концентрации серной кислоты 60% составляет 97,1%, степень извлечения железа при этом 82,5%.

При повышении нормы серной кислоты с 50% до 125% степени извлечения алюминия и железа возрастают и достигают значений 78,2-99,8% и 84,6-88,8%. С повышением концентрации серной кислоты с 50% до 55% и 60% степень извлечения железа снижается с 83,5% до 82,5% при норме кислоты 100%, алюминия возрастает с 75,7 до 97,1%.

ABSTRACT

The results of research on the involvement of caolin clays of Angren deposit in the process of obtaining aluminum sulfate - an effective coagulant are presented. It is shown that calcination of caolin clays at 650° C for 2 hours makes it possible to increase degree of aluminum recovery to 96.1%.

The maximum degree of extraction of aluminum at concentration of sulfuric acid 60% is 97.1%, the degree of iron recovery is 82.5%.

With an increase in the sulfuric acid rate from 50% to 125%, the aluminum and iron recovery rates increase and reach 78.2-99.8% and 84.6-88.8%. With an increase concentration of sulfuric acid from 50% to 55% and 60%, the degree of recovery iron decreases from 83.5% to 82.5% with an acid rate of 100%, aluminum increases from 75.7 to 97.1%.

 

Ключевые слова: алюмосиликат, каолин, алюминий, сульфат алюминия, прокалка, серная кислота, выщелачивание, степень извлечения, химический состав.

Keywords: aluminosilicate, caolin, aluminum, aluminum sulphate, calcination, sulfuric acid, leaching, degree of extraction, chemical contents.

 

Алюмосиликаты, т.е. каолинитовые, монтморилло­нитовые глины, алуниты и другие минералы являются очень ценным сырьем в производстве огнеупоров, керамики и используются для получения бумаги, сульфата алюминия, глинозема и др. химических веществ.

Из алюмосиликатов большое народнохозяйст­венное значение имеют каолины, алуниты, нефелины, бокситы, монтмориллониты. Они используются в алюминиевом производстве, из них изготавливают фарфор, керамзит, глиняную посуду, сувениры, силикатные кирпичи, бенто­порошки и др.

Каолины относиться к группе мономинеральных глин. Глины отличаются от каолинов более высокой дисперсностью частиц каолинита, большей пластич­ностью, способностью спекаться при высоких температурах и содержат более 50% минерала каолинита – Al2Si2O5(OH)4. В глинах преобладают частицы менее 2 мкм, в каолинах – менее 5 мкм.

В Узбекистане разведано 2 крупных месторож­дения каолина – Ангренское в Ташкентской и Альянс – в Самаркандской областях [2, 5].

Однако, каолинитовые глины из-за низкого содержания алюминия (Al2O3 = 13-25%), высокого содержания железа (Fe2O3 = 1,5-6,0% иногда до 12%) и оксида кремния (30-80%) в настоящее время не перерабатываются. На окраинах города Ангрен имеется более 0,45 миллиарда тонн серых вторичных каолинов, состава Al2O3 = 19-25%; Fe2O3 = 1,5-4,5%; SiО2 = 40-58% и др.

Сырьевые ресурсы алюминия разнообразны, имеют свойственный только им состав, отличаются кристаллической структурой вследствие чего отличаются по выходу основного вещества при кислотно-щелочной переработке. Поэтому необходимо для каждого вида сырья проведение отдельных научных и технологических подходов, выбор наиболее подходящих методов переработки. Известные в мировой практике технологии не приемлемы для переработки каолиновых глин Ангренского месторождения.

Кислотные методы переработки алюминий­содержащего сырья предусматривают стадию предварительного обжига для перевода алюмосиликатов в более растворимую в кислотах форму.

Интерес к азотнокислотному вскрытию алюмини­йсодержащего сырья связан с легкостью регенерации кислоты путем термического гидролиза. При вскрытии непрокаленного аргиллита и боксита 40% кислотой степень извлечения не превышает 35-54%, соответственно. Использование предварительного обжига при температуре 650-7500С в течение 3 часа позволяет повысить степень извлечения алюминия до 81,6 и 98,32% соответственно [1].

Степень извлечения оксида алюминия из влади­мирских каолинов 20%-ной Н2SO4, не превышает 2-3% [6]. С увеличением температуры обжига образуется высокоактивный метакаолинит, легко разлагаемый серной кислотой по реакции:

Al2O3 · 2SiO2 + 3H2SO4 = Al2(SO4)3 + 2SiO2+ 3H2O                     (1)

Степень извлечения оксида алюминия в раствор в результате этого резко повышается до 90%. С увеличением температуры обжига до 8500С и особенно до 9000С извлечение алюминия в раствор снижается, что объясняется образованием у-Al2O3 и муллита, труднорастворимых в серной кислоте [4]. Кремнезем в растворах Н2SO4 растворяется незначительно, и его содержание в сульфатном растворе невелико (0,1-0,2 г/дм3).

Сульфат алюминия являются наиболее эффек­тивным и широко применяемым коагулянтом, который находит широкое применение в промышленности при очистке производственных и сбросных вод, водоподготовке, в целлюлозно-бумажной промышленности, дублении кожи, крашении тканей [3]. Однако, несмотря на наличие мощной сырьевой базы для производства коагулянтов на основе солей алюминия они в Республике не производятся и завозятся в большем количестве из-за рубежа.

Поэтому исследования, направленные на пере­работку имеющихся каолиновых глин, на получение коагулянта – сульфата алюминия являются актуальными.

С целью переработки каолиновых глин Ангренского месторождения на сульфат алюминия изучено влияние продолжительности процесса термообработки каолиновых глин, нормы и концентрации серной кислоты, температуры, продолжительности процесса разложения каолина растворами серной кислоты на степень извлечения оксида алюминия в раствор.

Для исследований использовали каолиновые глины Ангренского месторождения, содержащие (масс. %): Al2O3 = 21,73; Fe2O3 = 1,68; SiO2 = 65,2; TiO2 = 0,4; СаО = 0,4; MgO = 0,65; R2O = 0,8; SO3 = 0,6; п.п.п. = 8,5.

На рисунке 1 приведены данные влияние продол­жительности прокалки при температуре 650ОС на степень извлечения оксидов алюминия и железа в раствор 60%-ной серной кислоты при ее норме 100%.

Из рисунка видно, что с увеличением продолжительности прокалки с 30 мин до 300 мин степень извлечения алюминия повышается с 56,5% до 96,1%, при этом степень извлечения железа составляет 81,8%. Повышение продолжительности прокалки свыше 1 часа практически не влияет на степень извлечения оксидов алюминия и железа.

Дальнейшие исследования были направлены на изучения влияния технологических параметров на степень извлечения оксидов алюминия и железа из прокаленных каолиновых глин Ангренского месторождения.

Влияние концентрации серной кислоты изучали при 100%-ной норме, температуре 800С и продолжительности процесса 1 час. Полученные результаты приведены в таблице 1.

Из таблицы видно, что максимальная степень извлечения оксида алюминия отмечается при концентрации серной кислоты 60%. При этом степень извлечения алюминия составляет 97,1%, а железа 82,5%.

 

Рисунок 1. Влияние продолжительности процесса прокалки на степень извлечения: 1 – Al2O3, 2 – Fe2O3

 

Таблица 1.

Влияние концентрации серной кислоты на степень извлечения алюминия из прокаленного каолина

Концентрация H2SO4, %

Степень извлечения, %

Al2O3

Fe2O3

20

5,1

51,1

30

30,3

65,4

40

54,8

76,3

50

78,4

83,6

60

97,1

82,5

70

85,2

67,2

80

69,0

48,3

90

47,6

27,8

 

В таблице 2 приведены данные влияния нормы серной кислоты на степень извлечения оксидов алюминия и железа при концентрации кислоты 50, 55 и 60%, температуре 800С и продолжительности процесса 1 час.

Таблица 2.

Влияние нормы и концентрации серной кислоты на степень извлечения оксида алюминия из прокаленного каолина

Норма H2SO4, %

Степень извлечения, %

Al2O3

Fe2O3

H2SO4 - 50%

50

36,4

33,6

75

59,5

63,6

100

75,7

83,5

125

78,2

88,8

H2SO4 - 55%

50

40,7

30,3

75

67,1

62,7

100

89,4

83,1

125

92,8

87,4

H2SO4 - 60%

50

43,6

28,2

75

71,8

61,8

100

97,1

82,5

125

99,8

84,6

 

Из таблицы 2 видно, что с повышением нормы серной кислоты степени извлечения оксидов алюминия и железа возрастают и достигают значений 78,2-99,8 % и 84,6-88,8%, соответственно. Однако, с повышением концентрации серной кислоты с 50% до 60% степень извлечения окислов железа в раствор снижается. Так, при норме серной кислоты 100% степень извлечения оксида алюминия повышается с 75,7 до 97,1%, тогда как степень извлечения оксида железа снижается с 83,5 до 82,5%.

Приведенные исследования показали возможность переработки каолинов Ангренского месторождения сернокислотным методом. Для этого необходимо каолиновые глины прокалить при температуре 650-700ОС в течение не менее 1 часа, а выщелачивание осуществлять серной кислотой с концентрацией 60% при норме кислоты не менее 100% из расчете на оксиды металлов. При этом степень извлечения алюминия составляет 97,1%, железа 82,5%.

 

Список литературы:
1. Вайтнер В.В., Калиниченко И.И. Выщелачивание аргиллита азотной кислотой // Журнал «Вестник УГТУ-УПИ», № 3 (23), 2003. – С. 185-191.
2. Геология и полезные ископаемые Республики Узбекистан / Т.Н. Долимов, Т.Ш. Шаякубов и др. Редкол.:
Т.Ш. Шаякубов. – Т.: Университет, 1998. – С. 602-603.
3. Запольский А.К, Баран А.А. Коагулянты и флокулянты в процессах очистки воды: Свойства. Получения. Применения. – Л.: Химия, 1987. – 208 с.
4. Лайнер Ю.А. Комплексная переработка алюминийсодержащего сырья кислотным способами. – М.: Наука, 1982. – С. 72.
5. Пак А.И., Чиж Л.М. «Первичные и вторичные каолины Западного Узбекистана». В кн.: Генезис и ресурсы каолинов и огнеупорных глин. – М.: Наука, 1990. – С. 94-96.
6. Петров В.П. Условия образования каолинов и их свойства //Каолины. – М.: Наука, 1974. – 152 с.

 

Информация об авторах

доц. Наманганского инженерно-педагогического института, 160103, Республика Узбекистан, г. Наманган, проспект Мингчинор, ул. Завкий, 10

Associate professor of Namangan engineer-pedagogical institute, 160103, Republic of Uzbekistan, Namangan town, prospectus Mingchinor, Zavkiy st., 10

ассистент Наманганского инженерно-строительного института, 160103, Республика Узбекистан, г. Наманган, ул. И.Каримова, 12

assistant of Namangan engineering-construction institute, 160103, Republic of Uzbekistan, Namangan town, I.Karimov st., 12

Журнал зарегистрирован Федеральной службой по надзору в сфере связи, информационных технологий и массовых коммуникаций (Роскомнадзор), регистрационный номер ЭЛ №ФС77-54434 от 17.06.2013
Учредитель журнала - ООО «МЦНО»
Главный редактор - Ахметов Сайранбек Махсутович.
Top