ДОСЛІДЖЕННЯ МОЖЛИВОСТЕЙ ВИРОБНИЦТВА ГЛИНОЗЕМУ З ТЕХНОГЕННИХ МАТЕРІАЛІВ

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.

Уваров Д.Р., Беломеря Н.И. ДОСЛІДЖЕННЯ МОЖЛИВОСТЕЙ ВИРОБНИЦТВА ГЛИНОЗЕМУ З ТЕХНОГЕННИХ МАТЕРІАЛІВ / Тези наукових доповідей на ІV Міжнародній науковій конференції студентів і аспірантів "Охорона навколишнього середовища та раціональне використання природних ресурсів", Донецьк, 12-14 квітня 2005