Исследование процесса получения нитрата алюминия из каолинов Ангренского месторождения

Investigation of the process of obtaining aluminium nitrate from the kaolins of the Angraen deposit
Цитировать:
Исследование процесса получения нитрата алюминия из каолинов Ангренского месторождения // Universum: технические науки : электрон. научн. журн. Кенжаев М.Э. [и др.]. 2018. № 7 (52). URL: https://7universum.com/ru/tech/archive/item/6171 (дата обращения: 28.01.2021).
Прочитать статью:

АННОТАЦИЯ

Приведены результаты исследований по получению нитрата алюминия из каолиновых глин Ангренского месторождения. Каолины содержат 23 – 27% Al2O3, 56 – 60% SiO2. Исследовано влияния технологических факторов на степень извлечения алюминия из прокаленных при 650 °С в течение 2 часов каолинов азотной кислотой. Установлены оптимальные параметры процесса. Максимальная степень извлечения алюминия наблюдается при норме кислоты 100%, концентрации азотной кислоты 40%. При этом степень извлечения алюминия достигает 91,48 %, железа 18,08 %. Увеличивание продолжительности процесса с 2 до 3 часов повышает степень извлечения алюминия с 92,98 % до 94,38 % при постоянных других параметрах.

Повышение температуры с 50 до 110 °С способствует повышению степень извлечения алюминия до 94,68 %.

ABSTRACT

The results of studies on the production of aluminium nitrate from kaolin clays from the Angren deposit are presented. Kaolin contains 23-27% Al2O3, 56 - 60% SiO2. The influence of technological factors on the degree of extraction of aluminum from calcined at 650 °C for 2 hours kaolin with nitric acid was studied. Optimum parameters of the process are established. The maximum recovery of aluminum is observed at an acid rate of 100%, nitric acid concentration of 40%. At the same time, the extraction rate of aluminum is 91,48%, iron 18,08%. Increasing the duration of the process from 2 to 3 hours increases the aluminum recovery from 92.98% to 94.38% with constant other parameters.

Increasing the temperature from 50 to 110 °C improves the recovery of aluminum to 94,68%.

 

Ключевые слова: Каолин, температура прокалка, азотная кислота, степень извлечения, оксид алюминия, оксид железа.

Keywords: Kaolin, temperature of calcination, nitric acid, degree of extraction, aluminium oxide, iron oxide.

 

Концепция развития Республики Узбекистан предусматривает подъем промышленности на качественно новый уровень, дальнейшую интенсифи­кацию производства на базе глубокой переработки местных сырьевых ресурсов, освоение выпуска новых видов продукции.

Одним из таких сырьевых источников являются каолиновые глины Ангренского месторождения, переработка которых позволит получать широкую гамму высоколиквидных, экспортоориентированных и импортозамещающих продуктов [3, 5]. К таким видам продукции относятся глинозём, сульфат и нитрат алюминия, огнеупоры, корунд, катализаторы, портландцемент, белая – сажа.

В республике разведанные запасы вторичного каолина сосредоточеные на крупнейшем Ангренском месторождении бурого угля. Общие запасы вторичных каолинов оцениваются в 5,8 млрд. т, из них порядка 1,7 млрд. т могут быть отработаны открытым способом одновременно с углем.

В продуктивной глинистой толще выделяются переслаивающиеся между собой серые, белые, цветные разновидности глин. Их минералогический состав однообразен – глинистое вещество, основной компонент которого каолинит. В этой примеси – кварцевый песок, органическое вещество и мине­ралы железа в виде сульфидов, оксидов и пирита (табл. 1).

Таблица 1.

Химический состав исходных каолиновых глин

Каолин

Химический состав, масс %

SiО2

Al2О3

Fe2O3

Na2O

K2O

CaO

MgO

1

Необожженный

54,30

23,50

0,47

0,081

0,38

0,30

0,167

2

Обожженный

57,57

24,37

0,45

0,175

0,40

0,84

0,233

3

Обогащенный

53,57

37,78

0,43

0,040

0,72

0,14

0,50

 

По гранулометрическому составу глины Ангрена относятся к крупночешуйчатым, причём фракция с размерами частиц менее 0,001 мм наиболее богата каолинитом, а крупная состоит главным образом из примесей.

По составу вторичные каолины включают А12O3 - (23-27%), SiO2 - (56-60%). В незначительных количествах присутствуют примеси Fе2O3, МgO, СаO, Nа2O, К2О, минералы группы кремнезема (кварц, опал, халцедон), остатки зёрен полевых шпатов, чешуек слюды.

Из известных способов переработки алюминий­содержащего сырья для условий нашей Республики наиболее приемлемы кислотные методы [1, 3‑7]. Поэтому наши исследования были направлены на получение глинозема азотнокислотным разложением каолиновых глин Ангренского месторождения.

Для исследований использовали каолин состава (масс. %): Al2O3 - 23,50;

SiО2 - 54,30; Fe2O3 - 0,47; K2O - 0,38; CaO - 0,30. Ввиду того, что обжиг каолиновых глин оказывает существенное влияние на процесс выщелачивания исходный каолин прокаливали в течение 2 часов при температуре 650 °С [2]. Состав прокаленного каолина Al2O3 - 25,00%; SiО2 – 57,57%; Fe2O3 – 0,50%; MgO – 0,18%. Для исследований использовали автоклав объемом 100 мл, снабженный манометром. В автоклав загружали каолин, серную кислоту и выдерживали при заданной температуре в течение заданного времени. Полученные растворы выщела­чивания анализировали на содержание алюминия и железа известными методами химического анализа [1, 2, 4 - 8].

Изучено влияние технологических параметров и нормы азотной кислоты, температуры и продолжительности процесса выщелачивания на степень извлечения алюминия и железа в растворы азотной кислоты. В таблице 2 приведены данные влияния концентрации азотной кислоты на степень извлечения алюминия и железа из прокаленного каолина.

Исследовано влияние концентрации кислоты 30-65% при постоянных других параметрах - нормы азотной кислоты 100% от стехиометрии, температуры 100°С и продолжительности процесса выщелачивания 1 час. Выявлено, что максимальная степень извлечения алюминия в раствор 91,48% достигается при концентрации азотной кислоты 40%. При этом степень извлечения железа составляет 18,08%.

Таблица 2.

Влияние концентрации азотной кислоты на степень извлечения алюминия и железа
из прокаленных каолиновых глин

СHNO3, %

Степень извлечения, %

Al2O3

Fe2O3

К2О

СаО

МgО

Nа2О

1

30

83,09

14,23

11,4

23,91

6,63

4,98

2

40

91,48

18,08

14,48

30,38

8,24

6,33

3

50

88,08

18,38

14,72

30,88

8,56

6,43

4

60

77,4

13,6

10,6

20,8

5,75

4,32

5

65

69,91

8,29

6,64

13,93

3,86

2,9

 

В таблице 3 приведены данные влияния нормы азотной кислоты на степень извлечения алюминия и железа в 40% раствор азотной кислоты. Установлено, что максимальная степень извлечения алюминия достигается при норме 100% и более.

Таблица 3.

Влияние нормы азотной кислоты на степень извлечения алюминия и железа

Норма, %

Степень извлечения, %

Al2O3

Fe2O3

К2О

СаО

МgО

Nа2О

1

50

58,12

9,84

7,88

16,583

4,58

3,44

2

60

79,10

15,78

12,64

26,5

7,34

5,51

3

80

88,80

17,71

14,07

29,36

8,14

6,07

4

90

90,62

18,07

14,38

29,86

8,36

6,23

5

100

91,48

18,08

14,48

30,36

8,51

6,31

6

105

91,60

18,10

14,83

30,86

8,58

6,4

7

110

91,68

18,12

15,08

31,3

8,63

6,46

8

125

91,78

20,79

15,58

32,12

8,70

6,54

 

Так, если при норме 100% и постоянстве других параметров степень извлечения составляет 91,48%, то при норме 125% от стехиометрии она составляет 91,78%. Увеличение нормы кислотного реагента свыше 100% приводит к повышению степени извлечения в раствор окислов железа до 20,79%. При повышении нормы кислоты на 25% степень извлечения алюминия повышается на 0,30%, тогда как степень извлечения железа увеличивается на 2,71%, что нежелательно. Оптимальной нормой кислоты является 100%.

Исследования продолжительности процесса выщелачивания показали, что увеличение времени выщелачивания с 2 до 3 часов 40% азотной кислотой при норме кислоты 100%, температуре 100°С повышает степень извлечения алюминия из прокаленных каолиновых глин с 92,98% до 94,38% (табл. 4). При продолжительности процесса извлечения 1 час степень извлечения алюминия составляет 91,48%, железа достигает 18,08%.

Таблица 4.

Влияние продолжительности процесса на степень извлечения алюминия и железа
из прокаленных каолиновых глин

Время, час

Степень извлечения, %

Al2O3

Fe2O3

К2О

СаО

МgО

Nа2О

1

30

80,10

17,78

14,24

29,86

8,27

6,21

2

45

88,00

17,88

14,3

30,00

8,33

6,26

3

60

91,48

18,08

14,48

30,16

8,4

6,31

4

90

92,4

20,80

18,25

36,00

9,82

7,09

5

120

92,98

28,06

22,47

46,80

13,05

9,79

6

150

93,68

29,00

22,89

48,00

13,45

10,05

7

180

94,38

29,30

23,19

48,30

13,47

10,10

 

Температура оказывает существенное влияние на степень извлечения алюминия из каолина (табл. 5). Так при температуре выщелачивания 50 °С степень извлечения составляет 19,37%, при 80°С 60,92% и при 110 °С достигает 94,68%. Для достижения максимального извлечения алюминия из прокаленных каолиновых глин необходимо повысить температуру свыше 110 °С.

Таблица 5.

Влияние температуры на степень извлечения алюминия и железа из прокаленных каолиновых глин

t, °С

Степень извлечения, %

Al2O3

Fe2O3

К2О

СаО

МgО

Nа2О

1

50

19,37

8,81

7,05

14,79

4,09

3,07

2

60

30,80

11,60

8,67

20,20

5,00

4,00

3

70

45,00

13,66

10,56

24,00

6,00

4,86

4

80

60,92

15,78

12,62

26,49

7,32

5,49

5

90

78,00

17,10

13,87

28,80

8,03

6,00

6

100

91,48

18,08

14,46

30,35

8,38

6,29

7

110

94,68

18,7

14,66

32,00

8,69

6,45

 

Таким образом, проведенные исследования по выщелачиванию алюминия из прокаленных при 650 °С каолиновых глин Ангренского месторождения азотной кислотой показали возможность получения растворов нитрата алюминия. Оптимальными параметрами являются концентрация азотной кислоты 40%, норма не менее 100% от стехиометрии и продолжительность процесса не менее 1 часа при температуре 100-110 °С. При этом степень извлечения алюминия составляет 91,48%, железе 18,08%.

 

Список литературы:
1. Ваккосов С.С., Мавлонов А.С., Мирзакулов Х.Ч., Икрамов А. «Взаимодействие компонентов глиноземсо-держащего сырья с азотной кислотой». Сборник трудов НТК «Проблемы внедрения инновационных идей, технологий и проектов в производство». Джиззак. 2010. – С. 59-61.
2. ГОСТ 12966-85. Техническая условия. Алюминия сульфат техническая очищенный. ИПК Издательство стандартов, 1999. 12 с.
3. Закиров М.З., Гончаренко А.И. «Каолин Ангренского месторождения ипути их использования». В кн.:
Генезис и ресурсы каолинов и огнеупорных глин. – М.: Наука, 1990.
4. Лайнер Ю.А. «Комплексная переработка алюминийсодержащего сырья кислотными методами». М.: Наука, 1982. – 208 с.
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.
6. Панов А.А. «Состояние и перспективы развития кислотных способов получения глинозема». Материалы международной конференции «Цветные металлы – 2012». Красноярск, 2012. – С. 272-277.
7. Кенжаев М.Э., Исламова М.Ш., Мирзакулов Х.Ч. Исследование влияния процесса прокалки на извлечение окиси алюминия из Ангренских каолинов // Universum: Технические науки: электрон. научн. журн. 2017. № 4(37). http://7universum.com/ru/tech/archive/item/4678
8. Химический анализ силикатных материалов. Министерство образование Российской Федерации Томский политехнический университет, ТОМСК 2007, 28 с.

 

Информация об авторах

профессор Ташкентского химико-технологического института, 100011, Республика Узбекистан, г. Ташкент, ул. Навои, 32

Professor of Tashkent institute of chemical technology, 100011, Republic of Uzbekistan, Tashkent, Navoi st., 32

магистрант Ташкентского химико-технологического института 100011, Республика Узбекистан, г. Ташкент, ул. Навои, 32;

graduate student of Tashkent institute of chemical technology, 100011, Republic of Uzbekistan, Tashkent, Navoi st., 32;

ассистент Термезского филиала Ташкентской медицинской академии, 132000 Республика Узбекистан, г. Термез, ул. И. Каримов, 64

Assistant of theTermez branch of the Tashkent Medical Academy, 132000 Republic of Uzbekistan, Termez, st. I. Karimov, 64

ассистент Термезского филиала Ташкентской медицинской академии, 132000 Республика Узбекистан, г. Термез, ул. И. Каримов, 64

Assistant of the Termez branch of the Tashkent Medical Academy, 132000 Republic of Uzbekistan, Termez, st. I. Karimov, 64

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