Сборник "Технология коагулянтов" под ред. Ткачева К.В.- Л.: "Химия",1986, с.87-91.

Потребность Узбекистана в сульфате алюминия полностью не удовлетворяется, в то время как использование богатейшего Ангренского месторождения каолиновых глин для производства коагулянта может решить проблему снабжения им всей Средней Азии. Местные каолиновые глины являются вскрышной породой угольных разработок и стоимость 1 т породы (с А1₂О₃, до 25%) не превышает 40 коп., а 1 т обогащенного каолина составляет – 3 руб., что значительно ниже стоимости исходного сырья, используемого для получения коагулянта на действующих производствах.

Анализ существующих способов получения сульфата алюминия и предварительные исследования показали, что ангренские каолиновые глины могут быть эффективно переработаны на очищенный коагулянт методом спекания. Ниже приведены результаты исследований по оптимизации ос-новных стадий процесса: спекание каолина с Н₂SО₄, водное выщелачивание спека, выпарка сернокислых растворов и кристаллизация А1₂(SO₄)₃.

А1₂О₃ ………….…..28,3 MgO ………………………….0,3

Fe₂О₃ ……………....1,6 Na₂O………………………….0,2

СаО ………………...0,4 П.п.п………………………….13,2

и 94%-ная Н₂SО₄.

В табл. 2.4 представлены данные, характеризующие степень перехода А1₂О₃ в водорастворимую форму в зависимости от различных факторов. Видно, что с повышением температуры спекания до 300 0С извлечение А1₂О₃ в раствор увеличивается. Более высокая температура ведет к большим потерям Н₂SO₄ в результате ее разложения. Установлено, что наиболее полный переход А1₂О₃ в водорастворимую форму происходит при спекании в течение 60 мин., а дальнейшее увеличение времени на степень перехода не влияет.

С возрастанием нормы кислоты при спекании степень перехода А1₂О₃ и Fe₂О₃ в водорастворимую форму растет. Так, при 125%-ной норме получено до 91 % растворимого глинозема. В то же время избыток кислоты обусловливает повышение содержания свободной кислоты в готовом продукте до 7,2% (см. табл. 2.4), что недопустимо по требованиям ГОСТа на коагулянт.

Температура, ⁰С …………………………………………………………………300

Норма кислоты, % от стехиометрического количества ..........……………......80 – 90

Продолжительность процесса, мин....………………………………………….. 60

В этих условиях в растворимую форму переходит до 80% А1₂О₃ ,а потеря кислоты составляет 6 – 8% .

Выщелачивание спеков проводили при 40 – 90 ⁰С, продолжительности процесса 15 – 60 мин и отношениях Ж: Т, равных 2:1, 3:1и 4:1. Показано, что при 90 ⁰С, Ж : Т = 4:1 и 30 мин практически вся А1₂О₃, находящаяся в водорастворимой форме, переходит в раствор. Концентрация растворов: 40 – 50 г/л А1₂О₃, и 1 – 1,5 г/л Fe₂О₃.

Таблица 2.4 - Влияние условий спекания на выход водарастворимого глинозема

С целью получения кристаллической соли растворы выпаривали, при этом контролировали температуру, концентрацию раствора по А1₂О₃ и потери Н₂SО₄. Из упаренных растворов осуществляли кристаллизацию соли при 20 ⁰С. Полученные результаты показывают (табл. 2.5), что при концентрации раствора 110 г/л А1₂О₃, начинает кристаллизоваться А1₂(SО₄)₃*18Н₂О, а при концентрации 145 г/л А1₂О₃ кристаллизуется вся масса. При 100 – 105 0С в процессе выпарки кислота не теряется.

Так как содержание Fe₂О₃ в исходном растворе не превышает допустимого по ГОСТу, очистка сульфата алюминия от железа не требуется и выпарку растворов можно вести до получения плава (145 г/л А1₂О₃). Закристаллизованная при 20 0С соль – твердая, имеет крупнокристаллическую структуру и легко растворяется в воде. Кристаллизация плава в специальных формах делает удобной транспортировку готового продукта.

Таблица 2.5 - Данные по выпарке растворов и кристаллизации соли А1₂(SО₄)₃*18Н₂О (исходный раствор 50 г/л А1₂О₃ и 1 г/л Fe₂О₃)

Температура, 0С	Концентрация раствора, гА12О3/л	Количество маточного раствора, %	Количество кристаллов, %
90	50	100	-
95	85	100	-
97	110	70	30
100	130	30	70
105	145	-	100

Принципиальная схема получения сульфата алюминия из каолиновых глин спеканием с серной кислотой.

Согласно схеме, пульпа каолиновой глины, полученная при мокром обогащении глин с влажностью 50% и содержанием 28 – 30% А1₂О₃ по твердому, смешивается с 94%-ной H₂SO₄ взятой в количестве 90% от стехиометрического, и направляется на спекание. Полученный при 250 – 300 0С спек подвергается водному выщелачиванию (при 90 0С и Ж:Т = 4: 1). После отделения твердого сернокислый раствор с концентрацией 40 – 50 г А1₂О₃/л упаривается до получения плава, который затем закристаллизовывается при 20 ⁰С.

Проведенными исследованиями показана принципиальная возможность организации производства сульфата алюминия на базе ангренских каолинов. Целью дальнейших исследований должно явиться изыскание возможности снижения безвозвратных потерь серной кислоты при спекании, получение гранулированного коагулянта с пониженным содержанием свободной серной кислоты и проведение опытно-заводской проверки технологического процесса.