Изучение характеристики, состава и свойств Ангренского каолина марки АКФ-78

АННОТАЦИЯ

Разработан спосб получения сернокислого алюминия из каолина, определениы химические составы каолина марки АКС-78 и разработана технологическая схема процесса получения коагулянта из каолина. Такой коагулянт по совокупности физико-химических и технологических показателей не будет уступать очищенного сульфата алюминия, такой коагулянт не гигроскопичен, не слеживается и не пылит.

ABSTRACT

A method for producing aluminum sulphate from fortifled kaolin was developed, chemical compositions of kaolin of the AKS-78 brand were determined, and a technological scheme for the process of producing coagulant from kaolin was developed. Such a coagulant in terms of physical, chemical and technological parameters will not be inferior to purified aluminum sulfate, such a coagulant is not hygroscopic, does not cake and does not dust.

Ключевые слова: коагуляция, дегидратация,  полиакриламид, выщелачивание.

Keywords: coagulation, dehydration, polyacrylamide, leaching.

Вода играет решающую роль во многих процессах, протекающих в природе, и в обеспечении жизни человека. В промышленности воду используют как сырье и источник энергии, как хладоагент, растворитель, экстрагент, для транспортирования сырья и материалов и др.

Вследствие антропогенного воздействия природная вода загрязняется различными веществами, что приводит к ухудшению ее качества.  В случае необходимости перед использованием воды в промышленности ее очищают в соответствии со специфическими требованиями данного производства [1].

Современная экология, увы, оставляет желать лучшего – все загрязнения биологического, химического, механического, органического происхождения рано или поздно проникают в почву, водоемы. Запасы «здоровой» чистой воды с каждым годом становятся все меньше, в чем играет определенную роль постоянное использование бытовой химии, активное развитие производств. В стоках содержится огромное количество токсичных примесей, удаление которых должно быть комплексным, многоуровневым.

Одной из наиболее важных операций в современной технологии обработки воды является коагуляционная очистка. В последние годы увеличивается потребление коагулянтов для нейтрализации и обезвреживания сточных вод на предприятиях химической, авиационной, автомобильной, нефтеперерабатывающей и других отраслей промышленности [2].

Большой интерес представляют кислотные, и в частности, сернокислотные методы переработки высокремнеземистого глиноземсодержащего сырья, которые позволяют относительно просто осуществлять селективное разделение глинозема и кремнезема на первом технологическом переделе – сульфатизации. В то же время при переработке алюминиевого сырья кислотными методами возникает ряд трудностей: отделение сернокислого раствора от высокоремнеземистого шлама, очистка сернокислых растворов от железа, сложность термических процессов при обжиге сернокислых солей алюминия, трудность регенерации серной кислоты, а также необходимость применения кислотоупорной аппаратуры.

Поэтому, переработка алюминийсодержащего сырья кислотными методами до сегодняшнего времени не получила широкого распростронения в промышленности.

С ростом промышленности, городского и жилищного строительства значительно возрастает потребность народного хозяйства Узбекистана и соседних государств в коагулянтах, предназначенных для водоочистки. Используемый обычно для этой цели сульфат алюминия получают преимущественно из гидроксида алюминия, который является дефицитным и дорогостоящим продуктом. В связи с этим возникла настоятельная необходимость в разработке новых способов получения коагулянтов из недефицитных видов природного сырья, в частности из обогащенных каолинов Ангренского месторождения, запасы которых огромные.

Поэтому мы в качестве сырья используем первичный обогащенный каолин Ангренского месторождения для производства коагулянтов. Обозначение продукта AKF – 78, сертификация продукта  O’zDsi 1056:2014 следующего химического состава %:

масовая доля %  Al₂O₃  - до 32;

масовая доля %  Fe₂O₃   - 0,4-0,08;

масовая доля %  SiO₂  - 47-55;

масовая доля % TiO₂ – 0,45.

Нам необходимо было привести детальное исследование основных технологических процессов. В связи с этим основными направлениями нашего исследования были следующие: физико-химическое исследование по выщелачиванию высокоремнеземистого AKF – 78 серной кислотой, а также выделение оксида алюминия из сернокислых растворов в виде основных солей в процессе гидротермального гидролиза.

Нами разработан способ получения сернокислого алюминия из каолина, в котором в качестве сырья использованы обогащенные каолины Ангренского месторождения сорта АКF-78.

Химический состав каолина марки АКF-78, который использовался в работе в виде сырья следующие (табл. 1):

Таблица 1.

Химический состав каолина марки АКС-78

Также нами были проведены химический анализ каолина марки АКF-78, который приведен в таблице 2.

Таблица 2.

Химический анализ каолина марки АКF-78

Нами были проведены рентгенографические исследования  каолина марки АКF-78, которая изображена на рис.1

Рисунок1. Рентгенограмма каолина марки АКF-78

Исследование процессов дегидратации каолина, сернокислотного выщелачивания обожженного материала, разделения полученной пульпы позволили разработать технологическую схему процесса получения коагулянта из каолина. Схема включает следующие основные операции – предварительную деградацию каолина в муфельной печи, измельчение обожженного материала и последующее сернокислотное выщелачивание 25 %-ной (масс. доли) серной кислотой в лабораторном реакторе, разделение полученной пульпы с применением полиакриламида, упарку и грануляцию сернокислого алюминия в лабораторном барабанном грануляторе – сушилке, в будущем планируется осуществлять сушку в барабанном грануляторе – сушилке (БГС) на предприятии «AMMOFOS-MAXSAM» в городе Алмалыке Ташкентской области.

Обжиг каолина в нашем случае осуществлялся в муфельной печи, где происходит удаление гигроскопической влаги и разрушение кристаллической решетки каолина с удалением гигроскопическй влаги и разрушение кристаллической решетки каолина с удалением выделяющейся влаги. При температуре 750^оС и времени обжига 30 минут, обеспечивается превращение Al₂O₃ в кислотно-растворимую форму на 95-96%.

Охлажденный в воздушном холодильнике дегидратированный каолин направляется на измельчение в лабораторную фарфоровую мельницу. Измельченный в мельнице каолин, просеивался в сите. Продукционный материал имел следующий фракционный состав, в мм:

- 1+0,5, состав % (масс); – 15-20, - 0,5+0,25 - 40% (масс); -0,25+0,15 мм, состав, % (масс) 20, - 0,15 состав 15-20 % (масс).

Измельченный дегидратированный каолин мы обрабатывали сернокислотным раствором в аппарате снабженной мешалкой и обогревом. Сюда добавляли 25%-ный раствор серной кислоты, для приготовления которой используются 93%-ная H₂SO₄ и промывная вода. Норма расхода кислоты составляет 0,9 от стехиометрически необходимого количества, исходя из содержания кислоторастворимых оксидов Al, Fe и Ti в каолине. Общее время кислотной переработки составляла 90 минут, температура в сосуде 102^оС, затем фильтруется, в нее добавляется 1,8%-ный раствор полиакриламида, жидкость упаривают при 500-600 ^оС, температура получения продукта 80-85^оС. Гранулы готового продукта имели размер 0,25-10,0 мм, содержат 23% (масс) Al₂SO₃+Fe₂O₃ и 2 % (масс) нерастворимого остатка, серная кислота отсутствует.

Такой коагулянт по совокупности физико-химических и технологических показателей не будет уступать очищенного сульфата алюминия, такой коагулянт не гигроскопичен, не слеживается и не пылит.

Таблица 3.

Влияние температуры обжига на разложение каолина серной кислотой

В настоящее время проводятся исследования по разработке технологической схемы процесса получения коагулянта из обогащенного каолина. Схема включает следующие основные операции – предварительную деградацию каолина во вращающейся барабанной печи, измельчение обожженного материала и последующее сернокислотное выщелачивание 25%-ной, 50%-ной (масс.доли) серной кислотой и разделение полученной пульпы с применением полиакриламида в реакторах, расположенных последовательно, упарку и грануляцию сернокислого алюминия в барабанном грануляторе –сушилке (БГС)

Список литературы:
1. А.И.Родионов, В.Н.Клушин, Н.С.Торочешников «Техника защиты окружающей среды» М.Химия, 1989 г.
2. Т.А. Хван «Промышленная экология» Серия «Учебники и учебные пособия» Ростов на Дону, Феникс, 2003