Разработка способа комплексной переработки алунитов тема диссертации и автореферата по ВАК РФ 02.00.04, кандидат технических наук Гулахмадов, Хайдар Шарифович

• Гулахмадов, Хайдар Шарифович
• кандидат технических наук
• 2004

Оглавление диссертации кандидат технических наук Гулахмадов, Хайдар Шарифович

ВВЕДЕНИЕ

ГЛАВА 1 ЛИТЕРАТУРНЫЙ ОБЗОР.

1.1 Общие сведения о низкокачественных алюминиевых рудах.

1.2 Способы переработки алунитового сырья.

1.3 Методы получения алюминия и глинозема из сернокислых солей алюминия.

ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНАЯ ЧАСТЬ

ГЛАВА 2. СЕРНОКИСЛОТНАЯ ПЕРЕРАБОТКА

ОБОЖЕННОГО АЛУНИТОВОГО СЫРЬЯ.

2.1 Влияние физико-химических факторов на извлечение компонентов состава алунитового сырья при дегидратирующем обжиге.

2.2 Кинетика процесса дегидратирующего обжига алунитового сырья.

2.3 Влияние факторов на извлечение компонентов алунитового спека при ее сернокислотном разложении.

2.4 Кинетика процесса сернокислотного разложения алунитового спека.

2.5 Разделение твердой и жидкой фазы сернокислых пульп переработки алунитового сырья.

ГЛАВА 3. ПЕРЕРАБОТКА СЕРНОКИСЛОГО ; АЛЮМИНИЯ НА ГЛИНОЗЕМ.

3.1 Получение глинозема из сернокислых растворов алюминия

ГЛАВА 4. РАЗРАБОТКА СПОСОБА КОМПЛЕКСНОЙ ». ПЕРЕРАБОТКИ АЛУИИТОВОГО СЫРЬЯ И

ИХ ОПЫТНО-ЗАВОДСКИЕ ИСПЫТАНИЯ.

4.1 Технология переработки алунитов Токмак на сернокислый алюминий и железо.

ВЫВОДЫ.

Введение диссертации (часть автореферата) на тему «Разработка способа комплексной переработки алунитов»

В условиях нынешнего экономического положения суверенного Таджикистана, когда политика нашего государства направлена на формирование развитой социально ориентированной рыночной экономики как неотъемлемой части мировой экономики, привлечение местных сырьевых ресурсов для нужд и перспективного развития различных отраслей народного хозяйства является актуальной задачей. Такая необходимость вызвана политическими и экономическими проблемами, связанными с новыми взаимоотношениями Таджикистана со странами ближнего и дальнего зарубежья, а также некоторыми трудностями, имеющимися в промышленности по обеспечению производств сырьевыми материалами.

Многие имеющиеся в республике промышленные предприятия испытывают нехватку материально-сырьевых ресурсов. Это в основном те предприятия, которые имеют весомую долю в образовании внутреннего валового продукта республики. К таким предприятиям относятся Таджикский алюминиевый завод (г. Турсунзаде), СП «Кимиё» (г.Яван), СП «Таджик-Азот» (г.Сарбанд), ГП «Востокредмет» (г.Чкаловск), Гидрометаллургический и химический заводы (г.Исфара), СП «Анзоб», Такобский горно-обогатительный комбинат, СП «Адрасман», СП «Зарафшон» (г.Пянджикент), АО «Фарфор» (г.Турсунзаде) и др.

Например ТадАЗ, который в металлургической промышленности занимает ведущее место не только в стране, но и в Средней Азии в целом. В свое время строительство этого завода рассчитывалось на дешевой электроэнергии Вахшского каскада гидроэлектростанций, прежде всего Нурекской ГЭС. Сырье же планировалось завозить в регион из европейской части бывшего СССР.

ТадАЗ работает в основном на основе привозного сырья, что несомненно приводит к увеличению себестоимости выпускаемой продукции и, тем самым, снижает конкурентоспособность таджикского алюминия на внешнем рынке. Поэтому обеспечение завода сырьем в частности глиноземом из местных сырьевых ресурсов является одной из приоритетных задач.

Одним из путей обеспечения ТадЛЗа сырьем (глиноземом) является разработка новых способов комплексной переработки местных алюминийсодержащих руд. Эти руды в Таджикистане имеются в огромном количестве для их промышленного освоения. Например, нефелиновые сиениты (Турпы), каолиновые глины и с и ал литы (Зидды, Миенаду), граниты (Такоб), алуниты (Токмак) и др., которые до настоящего времени не освоены.

Этот вид сырья, несмотря на пониженное содержание глинозема, содержит другие полезные компоненты и позволяет в зависимости от выбора метода переработки, получать, попутно с глиноземом, соду, поташ, цемент, серную кислоту, полевошпатовые материалы для фарфорового производства, железооксидные пигменты, сернокислый калий и натрий, удобрение, коагулянты, жидкое стекло и др. Промышленное освоение этих руд при выборе рациональной технологии переработки, является вполне целесообразным и выгодным, если переработку вести комплексно.

В мировой практике основное сырье для алюминиевой промышленности - глинозем получают по технологии Байера из высококачественных бокситов. Однако, в связи с бурным развитием алюминиевой промышленности, запасы бокситов в природе исчерпываются и в дальнейшем не могут обеспечить развитие этой отрасли, а в Таджикистане их запасы для промышленного освоения отсутствуют.

Поэтому, дальнейшее развитие алюминиевой промышленности следует ориентировать на привлечение в производство низкокачественных алюминиевых руд: нефелинов, нефелиновых сиенитов, высококремнистых и высокожелезистых бокситов, гранитов, глин, сиаллитов и алунитов, которых в Таджикистане имеется огромное количество.

Среди них алунитовые руды отличаются следующими особенностями химического и минералогического состава:

-в алуните содержится значительное количество SO3 в виде сульфатов (75% всего количества SO3 связанно с одной третью оксида алюминия в виде сульфата алюминия и 25% со щелочами в виде сульфатов калия и натрия); -легче поддаются вскрытию при переработке, чем другие щелочные алюминиевые руды;

-являются комплексным сырьем, содержащим кроме алюминия калий, натрий, железо, оксид серы и др.;

-частично сульфатизированны самой природой, что способствует наименьшему расходу серной кислоты при ее переработке по отношению к другим алюминийсодержащим рудам;

-достаточность запасов сырья с повышенным содержанием минерала алунит (50-80 %) для их промышленного освоения.

Алунитовые руды месторождения Токмак выявлены впервые в 1935 году Е.М.Коршуновой. Токмаковские алунитовые поля расположены в легкодоступном и экономически вполне освоенном районе Кураминского хребта (пос.Табошар) Таджикистана. Эти руды характеризуются следующим химическим составом: 19,3 % Л1203, 63,09 % Si02, 3,53 % Fe203, 0,86 % Ti02, 3,2 % К20, 1,14 Na20, 3,6 % S03, 0,84 % MgO, 4,42 % H20, 0,02 % n.n.

Вопросу разработки технологии переработки алунитовых руд посвящено много исследований. Однако все они имеют ряд недостатков: громоздкость технологических схем; сложность очистки сернокислых растворов от железа; сложность разделения сульфатов щелочных металлов от сульфатов алюминия и железа; большие энергозатраты и др. Поэтому разработка эффективных методов переработки алунитов является приоритетной задачей.

Цель настоящей работы - разработка научно-обоснованных технологических процессов, обеспечивающих комплексную переработку алунитов Токмакского месторождения Таджикистана.

В соответствии с поставленной целью были решены следующие задачи:

- установлены химический и минералогический составы исходного алунитового сырья, оптимальные технологические условия процесса дегидратирующего обжига алунитов, состав и свойства алунитового спека; найдены оптимальные условия переработки алунитов Токмака, обеспечивающие максимальное извлечение полезных компонентов при сернокислотном разложении дегидратированного алунита; установлены технологические условия процессов получения глинозема из сернокислых солей алюминия, с применением карбоната кальция; изучены физико-химические свойства сырьевых материалов, продуктов переработки алунитов, химические процессы, протекающие на стадиях спекания, сернокислотного разложения алунитового спека и получения глинозема;

- изучена кинетика процессов дегидратирующего обжига алунитового сырья и сернокислотного разложения спека.

Научная новизна работы: Разработан эффективный и экономически выгодный способ переработки алунитов месторождения Токмак, обеспечивающий комплексную переработку сырья.

На основании физико-химических методов анализа установлены химические реакции, лежащие в основе образования глинозема из сернокислых солей при их взаимодействии с карбонатом кальция.

Практическая значимость работы заключается в том, что полученные в результате комплексной переработки алунитовых руд продукты могут использоваться в различных отраслях народного хозяйства:

- сульфаты алюминия и железа- коагулянты для очистки вод;

- сульфаты калия и натрия-удобрение или исходное сырьё стекольной промышленности;

- сульфат кальция- строительный материал;

- железооксидные пигменты- сырье лакокрасочной промышленности;

- глинозем — сырье алюминиевой промышленности ;

- кварц- строительный материал или наполнитель;

- карбонат натрия - сырье для производства стекла и мыла.

Заключение диссертации по теме «Физическая химия», Гулахмадов, Хайдар Шарифович

ВЫВОДЫ

1. Методом дегидратирующего обжига осуществлена переработка алунитов Токмакского месторождения и извлечение его составляющих компонентов, путем сернокислотного разложения. Определены технологические условия процесса дегидратирующего обжига сырья: температура дегидратирующего обжига - 580-650 °С; размер частиц исходной руды - 0,16 мм; продолжительность процесса дегидратирующего обжига — 20-30 мин и кислотного разложения спека: концентрация кислоты — 12-15%; дозировка кислоты - 120% от стехиометрии для сульфатизации компонентов спека; температура- 100 °С; продолжительность обработки - 40-60 мин.

2. На основании физико-химических методов анализа исходных сырьевых материалов, промежуточных и конечных продуктов превращения и взаимодействия минералов установлено, что на стадии дегидратирующего обжига алунитового сырья образуются калиевые, натриевые квасцы и оксид алюминия в форме 7-AI2O3. Минералы иллит, ярозит, кварц состава сырья не претерпевают химического изменения и остаются в исходной форме.

При сернокислотном разложении алунитового спека глинозем превращается в сульфат алюминия, ярозит разлагаясь, образует сульфаты железа и калия. Минералы иллит, а-кварц не разлагаются и остаются в составе твердого остатка.

3. Изучена кинетика процессов дегидратирующего обжига алунитового сырья и сернокислотного разложения полученного спека. Установлено, что процесс дегидратирующего обжига алунита описывается уравнением Колмогорова-Ерофеева и протекает в кинетической области (Еср=39 кДж/моль), а сернокислотное разложение алунитового спека- уравнением А.Л.Ротиняна и Б.В.Дроздова со средним значением энергии активации 4,5 кДж/моль, свидетельствующим о протекании процесса в диффузионной области.

Исследованы процессы разделения жидкой и твердой фазы пульп получаемых при сернокислотном разложении алунитов методами отстаивания и фильтрации. Рассчитаны сопротивления слоя осадка и фильтровальной перегородки, которые составляют 8,1-106м2 и 36,2-Ю'^м'1. Установлено, что применение поверхностно-активного вещества — полиакриламида в концентрациях 20 г/м3 увеличивает скорость отстаивания сернокислых пульп алунитового сырья в 2-2,5 раз. При этом скорость осветления пульп равна 42,3-10"5м/с.

4. Установлены оптимальные технологические параметры проведения процесса получения глинозема из сернокислых солей алюминия путем обработки их растворов карбонатом кальция: -температура карбонатной обработки—50-100°С; -продолжительность процесса-40-60 мин; -дозировка СаСОз -100% стехиометрии; -отношение жидкой к твердой фазе пульпы (Ж:Т)-б: 1*10:1.

На основании физико-химических методов анализа установлены минералогические формы исходных и промежуточных веществ, а также продуктов реакции. При обработке смеси сульфатов алюминия, железа, калия и натрия, полученные при переработке алунитов образуются гидроксиды алюминия, железа и сульфат кальция. Алюминий находится в рентгеноаморфной форме - А1(ОН)3, железо входит в состав гидрогетита HFe02'nH20, кальций в форме минерала гипс- CaS04-2H20, натрий в виде минерала тенардит-Ма280.4, а калий в форме араканита-К250.4.

Список литературы диссертационного исследования кандидат технических наук Гулахмадов, Хайдар Шарифович, 2004 год

1. Запольский А.К. Сернокислотная переработка алюминиевого сырья . — Киев: Наукова Думка, 1981. - 208 с.2. Лайнер Ю.А.

2. Кашкай М.А. Алуниты, их генезис и использование: В 2- х т.- М: Недра, 1970.-Т.1.400 с.

3. Сажин B.C. Новые гидрохимические способы получения глинозема. -Киев: Наукова Думка, 1979.- 180 с.

4. Коннов Л.В. Нефелиновое сырье Средней Азии // Нефелиновое сырье .М.: Наука, 1978.-е. 110-115.

5. Мирсаидов У.М., Сафиев X. Комплексная переработка низкокачественного алюминийсодержащего сырья.- Душанбе, 1998. -238 с.

6. Тезисы докладов Всесоюзного совещания «Кислотные методы комплексной переработки алюмосиликатного сырья», г.Апатиты, 1990. -57 с.

7. А.С. № 209428 (СССР). Способы переработки глиноземсодержащего сырья /А.К. Запольский, B.C. Сажин. Л.В. Марьянник, -Опубл. в Б.И., 1974, № 27.

8. Китлер И.Н., Лайнер Ю.А. Нефелины комплексное сырье алюминиевой промышленности. - М.: Металлугиздат, 1962,- 237с.

9. Ю.Мельников И.И. Состояние и перспективы развития сырьевой базы каолина в СССР: (Обзор). М. : ЦНИЛТЭ пром-сти строит. Материалов, 1969.- 52 с.

10. Мороз И.И. Фарфор, фаянс, майолика. Киев : Техника, 1975. - 350 с.

11. Вдовенко М.И. Минеральная часть энергетических углей. Алма-Ата: Наука, 1973.-256 с.

12. Верещагин Ф.П. Исследования процесса обжига алунита применительно к современной технологии его комплектной переработки: Автореф. Дис.канд.техн.наук.- JI., 1963. -27с.

13. Asada Yhei/Alunite.VIII.Mehanism of the thermal decomposition of alunite.-Bull. Inst.Phys.Chcm.Res., 1940, N 19, p.976-991.

14. Knizer J.O., Fetter H.Properties of natural alunitic cloys. J.Amer. Ceram. Soc., 1946, 2S,N 11, p.308-313.1618. Gad G.H., Barret J.R. The action of heat on alunite and alunitic cloys.-Trans. Brit. Ceram. Soc., 1949.49.N 9, p.352-374.

15. Цветков А.И. ,Вальяшикина Е.П Термоаналитическая характеристика минералов группы алунита. Докл. АН СССР, 1953, 89, № 6, с. 10791081.

16. Boyliss N.S., Koch D.F.A. Thermal decomposition of alunite. — Austrol. J.Appl. Sci., 1955, 6, N 3, p.298-315.

17. Белецкий M.C., Верещагин Ф.П., Леоненкова Т.А., Меламед Р.И. Рентгенографические исследования алунита в процессе нагревания. -Журнал.прикл.химии, 1963, 36 ЛЬ 3, с.475-480.

18. Шапиро В.Р., Аронзон В.Л., Голодной О.В. Влияние условий обжига на качество обожженного и восстановленного алунита. Тр.ВАМИ, 1964, № 52, с. 17-26.

19. Попрукайло Н.Н., Малышев В.П., Букетов Е.А., Абишев Д.Н. К теоретическим основам обжига и восстановления алунитов. — Вестн. АН КазССР, 1969, ЛЫ, с.36-40.

20. Попрукайло Н.И., Малышев В.П., Ахметов ГЛ., Букетов Е. А. Химческие прцессы при обжиге алунитов. Тр. Хим. Металлург. Ин-та АН КазССР, 1970, j\« 15, с. 97-102.

21. Сажин B.C., Загюльский А.К., Захарова Н.Н. Термические разложение искусственного калиевого алунита. Журн. прикл.химии,1968, 41, № 8, с. 1675- 1679.

22. Кухарева И.Г. Изучение реакции восстановления сульфата алюминия и его комплексов газообразными и парообразными восс тановлениями: Автореф. Дис. канд. Техн. Наук. — JL, 1958. 19с.

23. Кухарева И.Г., Лабутин Г.В. Исследование процесса восстановления сульфата алюминия и его комплексов газообразными и парообразными продуктами. Тр.ВАМИ, 1957, № 40, с. 204- 229.

24. Смирнов Верин С.С. Алуниты и их использование - М.; Л.: ОНТИ, 1938.- 176 с.

25. Adams R. Effect of roasting or Solubility of alunite. Ing. and Eng.chem., 1935,27, p. 780-782.

26. Шахтахтинский Г.Б., Халилов А.И. Разработка условий извлечения полуторных окислов из бедноалунитизированных пород кислотным способом.- В кн.: Исследования в области неорганической и физической химии. Баку: Изд-во АН АзССР, 1966, с. 33-38.

27. Шахтахтинекий Г.Б., Байрамов Ш.П., Асланов Г.А. Извлекаемость щелочных металлов из алунитов путем водной вытяжки.-Докл.АН Аз.ССР, 1966, 22, 12, с.22-25.

28. Шахтахтинский Г.Б., Байрамов Ш.П. Извлечение щелочных металлов из алунита кислотным выщелачиванием. Учен. зап. Азерб. ун —та . Сер. Хим. Наук, 1967, К« 4, с. 11-67

29. Строков Ф.Н.-ТрВАМИ, 1945,28, с.59-65.

30. Funaki К. Studies of the sulphuric acid process for obtaining pure alumina from its ores.-Tokyo, 1950-165p-(Bull. Tokyo Inst.Tecknol. B; №1).

31. Nicolini L. Utilizzazione di materiale alunitico.-Anu.chim.(France), 1967,57, №5, p.563-574.

32. Сажин B.C., Запольский А.К., Олейник B.A. Сульфатизация алунитовых руд методом варки.-Химм. Пром-сть Украины, 1968, №1, с. 15-17.

33. Сажин B.C., Запольский Л.К., Олшик В.А.Сшкания алуштового концентрату з арчаною кислотою.-XiM пром-сть Ук-paiHH. 1966, Кч2, с.7-10.

34. Л.С.228011(СССР). Способ переработки алюминийсодержащего сырья/Л.К.Запольский, В.С.Сажин, Л.В.Гладушко, Г.И.Царенко.-Опубл. Л Б.И., 1974 №27.

35. Пат. 1591798 (CUJA)/G.S. Tilley.- Опубл. 06.07.26.

36. Пат. 1239768 (CUJA)/F.K. Cameron, I.A. Culen.- Опубл. 11.09.17.

37. Пат. 1637451 (США)/11.МоШепке.-Опубл.02.08.27.

38. Пат. 167555(Вел икобританияУА.МаШезоп.-Опубл.08.08.21.

39. Строков Ф.Н.-Тр.ВАМИ, 1945, К»38, с.43-51.

40. Николаев Н.И. Новый способ получения коагулянта для очиски питьевых и сточных вод (из алунита). Водоснабжение и сан.техника, 1938, №3, с.54-57.

41. А.с.316653 (СССР). Способ получения алюмокалиевых квасцов и сульфата алюминия / А.К.Запольский, Ф.Я.Рыбачук, Г.С.Шемеко и др.-Опубл.в Б.И., 1971, №30.

42. Пат. 1982273(США)/К.Мо1с1епке.-Опубл.22.10.18.

43. Пат. 1314280(США)/Н.Н. Мауегэ.-Опубл.26.08.19.

44. Пат. 1413045(США)/Р.В.Мас-Сап11у.-Онубл. 18.04.22.

45. Пат. 1233977(США)/Р.С.Сатегоп.-Опубл. 13.06.17.4850.Пат. 1256605(СШA)/H.Spense, W.Levellyn.-Опубл.09.12.17.

46. Пат.267491(Англия)/А.Ьес1егег, K.W.Stanza, H.Kasser.-Опубл.24.11.27.

47. Пат.429717(repMain™)/I.G.Farbenindusrie AG.-Опубл.01.06.26.

48. Fleicher A.The kalunite process.-Trans.Amer.Inst.Mining and Met.Ing., 1944,159, p.267-279.

49. Сажнн B.C., Запольский А.К. Кислотный способ переработки алунитовых руд.-Цв.металлы, 1968, jM>3, с.46-49.

50. Запольский Л.К. Разработка и исследование сернокислотного способа комплексной переработки алунитовых РУД-

51. Автореф.дис.канд.техн.наук.-Киев,1966, с.24.

52. Запольский Л.К. Исследование и разработка сернокислотного метода переработки высококремнистого алюминиевого сырья.-Автореф.дис.д-ра техн.наук.-Киев. 1974, с.51.

53. Пат.524820 (Франция)/Ре1к-Оеуасие11е.-Опубл. 10.09.21.

54. Фишер А.Я., Алферьева С.А. Вакуумная разгонка солевых алюминиевых шлаков.-В кн.: Металлургия вторичных цветных металлов и сплавов/ Под.ред. В.М.Базилевского.М.:Металлургия, 1972,с.56-59.

55. Кульский JI.A. Теоретические основы и технология кондиционирования воды.Киев:Наукова Думка, 1980.-564 с.

56. Ткачев К.В., Запольский А.К., Кисиль Ю.К. Технология коагулянтов,-Л.:Химия, 1978.-184 с.

57. Пат.2398425 (TepMaHim)/H.Steiman.- Опубл. 27.04.43.

58. Ротинян А.А., Дроздов Б.В. Кинетика процессов обжига, выщелачивания, промывки и цементации.//ЖОХ.-Т.19, вып. 10-с. 18431846.

59. Булгакова Т.И. Реакция в твердых фазах. М.: Изд-во МГУ. 1972, с.123.

60. Жужиков В.А. Теория и практика разделения суспензий.-Ь.: Химия., 1968.-412 с.

61. Ляликов Ю.С. Физико-химические методы анализа.-М.: Химия, 1974.288 с.

62. Бессонов Л.А. Теоретические основы электротехники.-М.: Изд-во Высш. Школа, 1967,-756 с.

63. Шварцман Б.Х. Кислотные методы переработки глиноземсодержащего сырья.-М.: Цветметинформация, 1964.-89с.

64. Утверждаю» Директор МЦ «Падида»

65. Утверждаю» Директор Института химии

66. АН РТ, академик / у/гУ^Халиков Д.Х. « J О » об 2004 г.1. АКТиспытания алюможелезосодержащего коагулянта от переработки алунитов

67. Физико-химические характеристики ЛЖК при комнатной температуре следующее:1. рН -3-4;

68. Плотность, г/см3 1,05-1,15;3. Вязкость, спз 0,4-1,2;

69. Содержание Л120з, г/л 60-130;

70. Содержание Ре2Оз, г/л 45-80;

71. Содержание Si02, г/л 16-35;

72. Содержание K2SO4, г/л — 8-11;

73. Содержание Na2S04, г/л 12-14;

74. При длительном хранении коагулянт ЛЖК не теряет своей коагулирующей способности.1. ВЫВОДЫ

75. Гулямов Л. Назаров Ш.Б. Гулахмадов Х.Ш.