Глинозем, или оксид алюминия, является основным исходным материалом для производства алюминия, но кроме этого он используется и в других сферах народного хозяйства: для производства специальных видов спеченной керамики и электрокорунда, огнеупорной керамики. Основным источником глинозема являются бокситы, алуниты, нефелины, запасы которых в мире в целом ограничены. Украина не располагает промышленными месторождениями этих материалов. Поэтому проблема получения глинозема из нетрадиционных сырьевых источников (таких, как глины, каолины, аргиллиты, золы, шлаки ТЭЦ и др.) является весьма актуальной.
В настоящее время наиболее распространенными способами получения глинозема являются: способ Байера (для его осуществления требуются высококачественные бокситы, имеющих высокий кремнистый модуль) и способ спекания, сырьем для которого служат бокситы более низкого качества, нефелины, алуниты, каменноугольные золы и другие алюмосиликатные породы, запасы которых практически неисчерпаемы. Поэтому переработка этого сырья способом спекания на глинозем, несмотря даже на пониженное содержание оксида алюминия, вполне целесообразна и выгодна, так как побочными продуктами при способе спекания являются: сода, поташ, цемент. Кроме того, решается проблема улучшения экологической ситуации.
В данной работе исследована возможность получения способом спекания глинозема из отходов углеобогащения, общее количество которых в Донецкой области, вместе с отходами угледобычи составляет к настоящему времени около 500 млн. т и используется не более 10% ежегодного прироста. Отходы углеобогащения довольно стабильны по минеральному составу. Процентное соотношение составляющих оксидов изменяется только в зависимости от содержания угля в отходах. Количество кремнезема составляет 35-50%, глинозема 10-30%, оксидов щелочных и щелочно-земельных металлов 2-8%, оксидов железа 2-10%. Зольность отходов - 67-86%. Содержащийся в отходах углерод частично компенсирует расход топлива, связанный с затратами тепла на спекание шихты. В качестве объекта изучения взят отход углеобогащения Чумаковской ЦОФ. К отходам углеобогащения добавляли мел для связывания кремнезема и соду для получения растворимого алюмината натрия.
Исследования проводились по такой технологической схеме. Спеканию всегда предшествует передел подготовки исходной шихты. Подготовка сводится к выполнению следующих основных операций: измельчение исходного материала, дозировка компонентов шихты, смешение и корректировка шихты. Для спекания применяли муфельную печь. Спекали шихту при температуре 11000С. Основная цель спекания бокситовой шихты состоит в возможно более полном превращении оксида алюминия шихты в алюминат натрия, а кремнезема - в малорастворимый двухкальциевый силикат. Далее спек необходимо выщелачивать. Назначение этого передела - перевести как можно больше оксида алюминия и оксидов натрия и калия из спека в алюминатный раствор. Выщелачивание производилось горячим насыщенным содовым раствором. После выщелачивания необходимо обескремнить раствор, т.е. удалить кремнезем, находящийся в растворе, для повышения качества глинозема. Обескремнивание производили в две стадии. На первой стадии создаются условия для наиболее полной кристаллизации гидроалюмосиликата натрия. Вторая стадия - это стадия глубокого обескремнивания, производится с добавлением Са(ОН)2. Обескремнивание производили долгим кипячением раствора. Далее алюминатный раствор направляли в узел карбонизации, который служит для разложения алюминатных растворов. При карбонизации через раствор пропускается СО2. В процессе карбонизации щелочь нейтрализуется, а оксид алюминия выпадает в осадок в виде гидроксида алюминия. Карбонизацию проводили при температуре 800С при постоянном перемешивании. Выпавший в осадок гидроксид алюминия отфильтровывали. Отфильтрованный осадок отправляли в муфельную печь на кальцинацию. После кальцинации получали уже продукционный глинозем.
Проведены предварительные лабораторные исследования, которые показали возможность извлечения 80-85% оксида алюминия от содержащегося в материале. Необходимо проведение дополнительных исследований для отработки технологии с целью повышения эффективности извлечения глинозема и улучшения качества получаемого продукта.