Тема: ДОСЛІДЖЕННЯ МОЖЛИВОСТЕЙ ВИРОБНИЦТВА ГЛИНОЗЕМУ З ГЛИНИСТИХ МАТЕРІАЛІВ

Удодов О.О., Шевченко А.Ю.

Донецький национальний технічний універсітет

Прикладная екологія та охорона навколишнього середовища

    Оксид алюмінію або глинозем, є основним вихідним матеріалом для виробництва алюмінію. Крім цього він використовується й в інших сферах народного господарства: для виробництва багатьох видів кераміки, різних сортів скла, нанесення покрить для захисту металів від окислювання, дії агресивних середовищ і ерозійного зносу, і т.д.

    Алюміній мас високу хімічну активність і тому в природі зустрічається тільки в зв'язаному стані у формі різних мінералів і гірських порід. Близько 250 різних мінералів містять алюміній. Проте основною сировиною для виробництва глинозему служить боксит(приблизно 95% світового виробництва глинозему). Пояснюється це, головним чином тим, що вміст оксиду алюмінію в промислових соргах бокситу вище, а кремнезему нижче, ніж в інших алюмінієвих рудах, а також нефелінів та алунітів. Запаси сировинних матеріалів у світі в цілому обмежені, а в Україні взагалі немає промислових запасів цих мінералів.

    Багато видів небокситової сировини вигідно відрізняються від бокситу тим, що містять у своєму складі, крім оксиду алюмінію, і інші корисні елементи, як наприклад, натрій і калій у нефеліні, лужні метали і сірка в алуніті й ін. Тому промислова переробка цих руд на глинозем, незважаючи навіть на знижений вміст у них оксиду алюмінію, цілком доцільна і вигідна, якщо переробку вести комплексно, тобто з використанням не тільки оксиду алюмінію, але й інших складових цих руд. Таким наприклад, є виробництво глинозему з глинистої сировини , при якому поряд із глиноземом можна одержувати соду, поташ і цемент. Особливо це актуально для Донецької області, де багато родовище глин, у тому числі з високим вмістом А1?.0з. Наприклад часів-ярська особлива глина містить до 35% АІ2О3.

    Відкритий у 1899 р. Байєром так називаний гідрохімічний спосіб одержання оксиду алюмінію з бокситів і донині є основним у світовій алюмінієвій промисловості. Цей спосіб досить ефективний і простий, але він може застосовуватися тільки при використанні високоякісних, низькокремністих бокситів з невеликим змістом домішок. Світові запаси таких матеріалів обмежені.

    Широке поширення одержав спосіб спікання - більш дорогий, але більш універсальний, сировиною для якого використовуються боксити більш низької якості, нефеліни, алуніти, глиниста сировина, каолініти, кам'яновугільні золи, серицити й інші алюмосилікатні породи, запаси яких практично невичерпні. Тому переробка цієї сировини способом спікання на глинозем, незважаючи навіть на знижений вміст оксиду алюмінію, цілком доцільна і вигідна, тому що крім глинозему при способі спікання утворюються побічні корисні продукти.

    Крім класичних способів отримання глинозему - гідрохімічного та спікання, у виробництво впроваджені й інші апаратурно-технологічні схеми виробництва глинозему: паралельно і послідовно комбіновані способи Байєр-спікання для переробки низькокремнистих і висококремнистих бокситів, спосіб спікання для переробки висококремнистих бокситів і нефелінів, відновно-лужний спосіб для переробки алунітів, гідролужні способи для переробки низькоякісних бокситів і нефелінів.

    В даній роботі досліджена можливість отримання способом спікання глинозему з глинистої сировини, запаси якої у Донецькій області достатньо великі.

    В якості об'єкта дослідження взята глина часів-ярська особлива, яка мас наступний хімічний склад: 35% А1203, 4% №20,К20, 50% 8Ю2, 0,5% Ре203 і 1% СаО (мас. %).

    В лабораторних умовах на основі глини складалися суміші для спікання з карбонатною породою (крейда). Крейда вводиться в шихту згідно з молярним співвідношенням СаО:8Ю2, яке дорівнює 2,0 ± 0,03. Для отримання малорозчинного ортосилікату кальцію (2СаО8і02).

    Вихідні матеріали попередньо здрібнювались, дозувалися та ретельно змішувались. Підготовлену шихту спікали при 1200 °С з витримкою продовж ЗО хвилин у муфельній електричній печі. Ця стадія направлена на зв'язування оксиду кремнію й переводу оксиду алюмінію до розчинної у воді сполуки. Цей процес характеризуються наступною узагальненою хімічною реакцією:

(Ма,К)2ОА1203-28і02 + 4СаС03 = (Ка,К)2ОА1203 + 2(2СаО 8Ю2) + 4С02

Отриманий спік уявляє собою рихлу масу, яка легко роздрібнюється.

Подроблений спік для відділення алюмінатів лужних металів від решти епіку піддавали вилуговуванню. Вилуговування проводилося гарячим насиченим лужним розчином . Після вилуджування необхідно знекремнити розчин, тобто удалити кремнезем, який знаходиться у розчині, для підвищення якості глинозема. Знекремнення проводили у дві стадії. На першій стадії створюються умови для найбільш повної кристлизації гідроалюмосиліката натрію. Друга стадія - це стадія глубокого знекремнення. Знекремнення проводилось довгим кіп'ячінням розчину на електричній плитці.

ЗСаО-А1203т8Ю2(6 - 2 т)Н20 + ЗКа2СЮ3 + 2тН20= =ЗСаС03 + т№28Ю2(ОН)2 + 2НаА1(ОН)4 + 2(2 - т)№ОН

Вилучення гідрату алюмінію здійснювалось шляхом карбонізації: протягом 5 годин при температурі 80 С крізь розчин повільно пропускався вуглекислий газ. При цьому сполуки натрію й калію, що міститься в розчині, переводяться у гідрокарбонати, що викликає випадіння гідрату алюмінію в осад. Процес відбувається за трьома наступними реакціями:

2№ОН + С02 = №2С03 + Н20, НаА1(ОН)4 = КаОН + А1(ОН)3, 2Ка2С03 + 2А1(ОН)3 = №20 А1203 2С02 2Н20 + 2№ОН

На заключному етапі гідрат відфільтровувався.

Попередні лабораторні дослідження показали, що можна вилучити приблизно 80% оксиду алюмінію, який міститься у глині. Необхідні подальші дослідження, які повинні бути спрямовані на оитимізацію технології, на підвищення ефективності вилучення глинозему.

ВВЕРХ