Д.Р. Уваров, М.Й.
Біломеря
Донецький національний
технічний університет
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.
Основною сировиною для виробництва глинозему служить боксит. Пояснюється це,
головним чином тим, що зміст оксиду алюмінію в промислових сортах бокситу
вище, а кремнезему нижче, ніж в інших алюмінієвих рудах.
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. Таке, наприклад, виробництво глинозему з нефелінів, при
якому поряд із глиноземом одержують соду, поташ і цемент. Особливо це
актуально для України, яка не має родовищ бокситів промислового значення і
тому вимушена купляти цю сировину за кордоном.
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 тільки може застосовуватися при використанні
високоякісних, низькокремністих бокситів з невеликим змістом домішок,
світові запаси яких обмежені.
Широке поширення одержав
спосіб спікання, 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 зміст оксиду алюмінію, цілком доцільна і
вигідна, тому що крім глинозему при способі спікання добуваються
побічні корисні продукти.
Крім класичних способів
отримання глинозему – гідрохімічного та спікання, у виробництво впроваджені
і 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 побічного техногенного
матеріалу, що утворюється при виробництві цирконієвого концентрату. Загальна
кількість цих матеріалів складає близько 20 млн. тон і майже не
використовуються.
Ці
матеріали є близькими по своєму складу до нефеліну і доволі стабільні за
вмістом основних компонентів: 28-30%
А12О3, 19-20% Na2О + К2О, 43- 44%
SiO2, 2-4%
Fе2О3
і 2-3% СаО.
В лабораторних умовах на основі
нефеліну складалися суміші для спікання з карбонатною породою (крейда).
Крейда береться згідно з молярним співвідношенням в кількості:
CaO/SiO2= 2.16±0.02;
R2O/(Al2O3+Fe2O2)=0.95±0.1.
Вихідні матеріали попередньо здрібнювались, дозувалися та ретельно
змішувались. Підготовлена шихта засипалась до вогнетривких тиглів, які
поміщалась в муфельну електричну піч та спікались при 1250 ОС з
витримкою продовж 30 хвилин. Ця стадія направлена на зв’язування оксиду
кремнію і переводу оксиду алюмінію до розчинної у воді сполуки. Цей
процес характеризуються наступною узагальненою хімічною реакцією:
(Na,K)2O·Al2O3·2SiO2 +
4CaCO3 = (Na,K)2O·Al2O3 +
2(2CaO·SiO2) + 4CO2
Отриманий спік уявляв собою рихлу масу, яка легко роздрібнюється.
Роздроблений спік для відділення алюмінатів лужних металів від
решти спіку підвергався обробці гарячою водою з наступним фільтруванням від
белітового шламу. Відфільтрований розчин підвергався обескремніванню шляхом
кип’ятіння в закритій колбі продовж 2 годин. Вилучення гідрату алюмінію
здійснювалось шляхом карбонізації: протягом 4 годин при температурі 80
ОС крізь розчин інтенсивно пропускався вуглекислий газ. При цьому
відбувався перевід з’єднань Na і K в розчинні гідрокарбонати, що викликало випадіння гідрату алюмінію
в осад. На заключному етапі гідрат відфільтровувався на вакуум
фільтрі.
Лабораторні дослідження показали можливість вилучення глинозему до 75-80 %
від його початкової кількості в шихті. Необхідні подальші дослідження, які
повинні бути спрямовані на оптимізацію технології, особливо на кінцевих
стадіях виробництва, направлених на підвищення ефективності вилучення
глинозему, а також дослідження вилучення таких побічних продуктів як
белітовий шлам та карбонати й гідрокарбонати лужних металів.
|