Статья Н.И. Беломери, В.Г. Матвиенко, М.Е. Краснянского
Донецкий национальный технический университет
Доведена можливість використання шамотно-каолінового пилу - відходу вогнетривного виробництва для одержання сульфату алюмінія (коагулянта) і глинозему. Останній може бути використаний для виготовлення вогнетривів, а у разі вирішення задачі його очистки від оксидів заліза - також для виробництва алюмінію та функціональної кераміки.
Глинозем является исходным сырьем для производства алюминия, высокоглиноземистых и корундовых огнеупоров, многих видов (около 70% всей технической) функциональной керамики и других целей. Рыночная цена одной тонны технического глинозема колеблется в пределах 300 у.е.
Примерно 95% глинозема, производимого в мире, получают из бокситов, основные залежи которого сосредоточены, главным образом, в тропическом поясе (Австралия, Гвинея, Ямайка и др.). Остальную часть глинозема извлекают из нефелинов и алунитовых руд [1-3]. Однако запасы этих материалов ограничены и качество добываемого сырья постоянно ухудшается. Поэтому в настоящее время все больше внимания уделяется проблеме получения глинозема из нетрадиционных источников минерального сырья, запасы которых практически не ограничены. К таковым можно отнести глины, каолины, аргилиты, сланцы, отходы угледобычи и обогащения, золы и шлаки ТЭЦ и т.д.
Сейчас глинозем получают из различного алюминийсодержащего сырья щелочными способами: способом Байера, спеканием или комбинированным способом. Кислотные способы находятся в стадии разработки и в промышленности пока не используются [1,3].
В настоящей работе была поставлена задача исследовать возможность получения глинозема из отходов шамотного производства - шамотно-каолиновой пыли кислотным методом.
Шамотно-каолиновая пыль, которая в значительных количествах образуется при обжиге каолина, пока не находит квалифицированного использования и подвергается захоронению, хотя по своим свойствам является полупродуктом для получения сульфата алюминия. Последний может быть использован в качестве эффективного коагулянта в процессах очистки воды и для многих других целей. В частности, путем прокаливания сульфата алюминия можно получить глинозем.
Некоторые свойства шамотно-каолиновой пыли приведены в таблице 1.
Таблица 1 - Свойства шамотно-каолиновой пыли
Наименование показателя |
Значение показателя |
Содержание, % мас.:
диоксид кремния
оксид алюминия
оксид железа (ІІІ)
Фазовый состав, мас. %:
Муллит
Корунд
остальное (метакаолинит, каолинит,
кремнезем, стекло)
Размер зерен, мкм
|
49 - 55
28 - 42
0,4 - 2,5
7 - 12
7 - 9
78 - 86
15 - 180
|
Экспериментально была изучена возможность извлечения оксида алюминия путем кипячения шамотно-каолиновой пыли с водным раствором серной кислоты концентрации 30 - 50% при температурах 110 - 1300 ?С. В результате удалось выделить с хорошим выходом сульфат алюминия, который, однако имел высокую кислотность. В процессе исследований была разработана более перспективная технология получения сульфата алюминия из шамотно-каолиновой пыли путем спекания ее с концентрированной серной кислотой при температуре 280-320?С в течение 1-3 часов с последующим извлечением полученной соли из спека горячей водой. Раствор сульфата алюминия упаривался и при охлаждении кристаллизовался с получением Al2(SO4)3?18H2O. Получающийся продукт характеризуется низкой кислотностью и может применен в качестве коагулянта. Таким путем в виде сульфата удается извлечь до 90% оксида алюминия, содержащегося в пыли. Остаток мелкодисперсного диоксида кремния (сиштоф) может быть использован в производстве стекла, керамики, строительных материалов.
При нагревании кристаллогидрата сульфата алюминия вначале протекает процесс дегидратации соли (до температуры 450?С) а затем разложение безводного Al2(SO4)3 на глинозем и серный ангидрид (при температурах выше 700?С. Образующийся серный ангидрид можно поглощать водой с образованием серной кислоты, которая затем вновь используется для извлечения оксида алюминия из шамотно-каолиновой пыли.
Как показали предварительные исследования получаемый предлагаемым способом глинозем можно использовать для получения огнеупорных изделий. Решение вопроса об использовании его для производства металлического алюминия и функциональной керамики требует разработки метода очистки этого глинозема от оксида железа. Кислотные способы переработки алюминийсодержащего сырья являются перспективными при его комплексной переработке, позволяющей извлечь редкоземельные и некоторые другие элементы (галлий, ванадий и т.д.) [4,5].
Литература
- Лайнер А.И., Еремин Н.И., Лайнер Ю.А., Певзнер И.З. Производство глинозема. - М.: Металлургия, 1978. 344 с.
- Еремин Н.И., Наумчик А.Н., Казаков В.Г. Процессы и аппараты глиноземного производства. - М.: Металлургия, 1980. 360 с.
- Абрамов В.Я., Стельмакова Г.Д., Николаев И.В. Физико-химические основы комплексной переработки алюминиевого сырья. - М.: Металлургия, 1985. 288 с.
- Иванова Р.В. Химия и технология галлия. -М.: Металлургия, 1973. 392 с.
- Китлер И.Н., Лайнер Ю.А. Нефелины - комплексное сырье алюминиевой промышленности. -М.: Металлургия, 1962. 237 с.
