Кислотный способ получения глинозема

Классификация методов производства глинозема

К настоящему времени предложено весьма большое число различных методов для извлечения чистого глинозема из алю­миниевых руд. Однако практическое применение в промышленности получили лишь немногие из них.

Амфотерный характер окиси алюминия позволяет осущест­влять ее извлечение из руд как с помощью щелочей, так и с помощью кислот.

В основном известные в настоящее время методы получения глинозема могут быть разбиты на три группы: методы щелоч­ные, кислотные и электротермические.

В современной алюминиевой промышленности для произ­водства глинозема наиболее широкое применение получили щелочные методы.

В этих методах путем обработки руды щелочами (NаОН, Na₂CO₃) глинозем связывается в алюминат натрия, растворимый в воде. Раствор алюмината натрия отделяется от осадка, так на­зываемого красного шлама, состоящего в основном из окисей и гидроокисей кремния, железа и титана. Далее раствор алюми­ната натрия разлагается с выделением в осадок чистой гидро­окиси алюминия, которая отфильтровывается, а щелочной рас­твор возвращается обратно в процесс. Гидроокись алюминия за­тем подвергается прокалке при высокой температуре (кальцинации) с целью полного удаления из него воды и превращении в сухую чистую и негигроскопическую окись алюминия (a—Al2O3); годную к использованию для получения металличес­кого алюминия.

Превращение глинозема, содержащегося в руде, алюминат натрия может осуществляться различными путями. Для этого применяется или так называемый мокрый способ (способ Байера), при котором первоначальная обработка руды (выщела­чивание) осуществляется непосредственно раствором едкой щелочи, или сухие способы, при которых руда с солями щелочных и щелочно-земельных металлов (обычно углекислы­ми, как NaСО₃ СаСО₃) сначала спекается во вращающихся пе­чах (способы Ле-Шателье, Мюллера-Яковкина) или подвергается плавке в электропечах (способы Педерсена, Кузнецова-Жуков­ского) и доменных печах с целью получения алюмината в твер­дом виде. Затем этот алюминат выщелачивается водой или рас­твором соды для получения водного раствора алюмината нат­рия, который и подвергается разложению.

В кислотных методах руда обрабатывается раство­ром минеральных кислот(H₂SO4, HCl, HNO₃, и т.д.), в резуль­тате чего содержащийся в ней глинозем превращается в соответствующую алюминиевую соль (Al₂(SO₄)₃, AlCl₃ и т. д.) разложе­нием которой выделяется гидрат окиси алюминия; прокалива­нием последнего получается безводный глинозем.

Наконец, в электротермических методах глинозем получается плавкой руды (обыкновенно боксита) с углем в электропечах с целью восстановления примесей и получения плавленого глинозема (способы Холла и Хаглунда).

Большое число методов, предложенных для получения чи­стого глинозема, и их разнообразие вызваны, во-первых, нали­чием различных видов руд (бокситы, нефелины, алуниты, као­лины) и, во-вторых, большим или меньшим содержанием тех или иных примесей в этих рудах.

Выше мы уже отмечали, что в глиноземе как исходном ма­териале при электролитическом получении алюминия наиболее вредны примеси соединений элементов более электроположи­тельных, чем алюминий; такими примесями являются кремне­зем, а также окислы железа и титана.

В щелочных методах очистка глинозема от примесей железа и титана достаточно проста, так как их окислы практически не­растворимы в щелочных растворах и легко удаляются с твер­дым остатком. Поэтому окислы железа и титана в глиноземе являются преимущественно механическими загрязнениями вследствие неполного удаления красного шлама при фильтрации алюминатных растворов, ржавчины из трубопроводов, баков и пр.

Кремнезем, напротив, легко реагирует с щелочами, и значи­тельное содержание его в руде при переработке ее щелочными методами, помимо ухудшения качества (алюминия при электро­лизе, приводит к потерям мак щелочи, так и глинозема в крас­ный шлам. Поэтому для щелочных методов обычно требуется руда с низким содержанием кремнезема, количество же окис­лов железа и титана в данном случае не играет существенной роли.

В кислотных методах всегда в большей или меньшей степени имеет место растворение окислов железа и титана, но кремне­зем с кислотами почти не реагирует и может быть практически полностью отделен от раствора алюминиевой соли механиче­ским путем. Поведение же солей железа в кислотных растворах чрезвычайно близко к поведению солей алюминия. Полное уда­ление железа представляет в этом случае весьма трудную опе­рацию, и для кислотных методов поэтому применимы руды с низким содержанием железа, такие, как каолины, белые бокси­ты и др. Количество же кремнезема в них несущественно.

Кислотные методы в настоящее время почти не применяют­ся алюминиевой промышленностью для производства глинозе­м, предпочтение отдается щелочным методам. Этому препят­ствуют особенности самих кислотных методов, которые делают их более дорогими, нежели щелочные способы. Назовем важней­шие из этих особенностей:

1. кислоты по сравнению со щелочами являются обычно более дорогими продуктами;

2. полная очистка глинозема от примеси железа в кислот­ных методах представляет значительную сложность;

3.вся аппаратура должна быть кислотоупорной (свинцовой, керамической и пр.), а следовательно, является более дорогой, чем в щелочных методах, при которых аппаратура преимуще­ственно железная;

4. регенерация кислот связана со значительными затрудне­ниями и потерями, тогда как щелочи сравнительно легко и с достаточной полнотой могут быть снова возвращены в процесс.

Применение кислотных методов может оказаться, однако, целесообразным, например, при переработке сырья, дающего ряд ценных побочных продуктов. Основное достоинство кислот­ных методов заключается также в том, что они позволяют пе­рерабатывать на глинозем сырье с высоким содержанием крем­незема. Это, очевидно, прежде всего относится к каолинам, за­пасы которых представляют собой неисчерпаемую рудную ба­зу для алюминиевой промышленности.

Что касается электротермических методов, то основным усло­вием для возможности их промышленного осуществления яв­ляется наличие дешёвой электрической энергии. Указанное обстоятельство ограничивает применение электротермических ме­тодов для производства глинозема в алюминиевой промышлен­ности только немногими, единичными случаями.

Источник

Получение глинозема

Оновной составляющей глинозема является оксид алюминия Al₂O₃. Технические разновидности глинозема служат сырьем для производства промышленных абразивных, износостойких и огнеупорных материалов.

Глинозем встречается в чистом виде в форме корунда, также входит в состав минералов и горных пород – бокситов, алунитов, каолинов, нефелинов.

Получение глинозема из различных типов сырья

С целью получения глинозема широко используют руду с содержанием бокситов – глинистой горной породы, состоящей из различных модификаций гидроксида алюминия, оксидов железа, кремния, титана, серы, галлия, хрома, ванадия, карбонатных солей кальция, железа и магния. Произведенный технический глинозем имеет вид кристаллического белого порошка с однородной структурой.

Получение глинозема может выполняться электролитическим, щелочным и кислотным способами. Наиболее распространенным методом является щелочная технология Байера, подходящая для выделения оксида алюминия из высококачественных бокситов с невысоким содержанием оксида кремния SiO₂.

Для переработки других видов пород может использоваться метод спекания, позволяющий получить глинозем из бокситов различных типов, нефелиновых концентратов и руд, байеровских шламов, каолинов, алюмокальциевых шлаков и других материалов.

Технологии производства глинозема

Процесс производства глинозема гидрохимическим способом Байера заключается в разложении (гидролизе) щелочно-алюминатных растворов при высоких температурах с последующим выделением гидроксида алюминия. Примеси, содержащиеся в бокситах, остаются в нерастворенном остатке.

Последовательность операций, выполняемых при получении глинозема методом Байера:

• подготовка бокситовой руды путем дробления и измельчения в мельницах;
• добавление в перерабатываемый материал извести и едкой щелочи;
• обработка бокситов раствором щелочи;
• разделение шлама и алюминатного раствора методом промывки;
• разложение полученного водного раствора алюмината;
• получение готового гидроксида алюминия путем выделения из раствора;
• прокаливание и кальцинация (обезвоживание) гидрооксида алюминия.

Получение глинозема с применением данного метода характеризуется стабильным химическим соединением. Полученный оксид алюминия отличается тугоплавкостью (температура плавления составляет 2050°C).

Технология производства глинозема методом спекания включает выполнение спекания руды в печах до появления твердого алюмината. Полученный алюминат выщелачивается с использованием воды или раствора соды. Раствор алюмината разлагается с применением углекислоты для получения гидроксида алюминия.

Качество, характеристики и возможности применения полученного глинозема определяются маркой материала и использованными для его получения технологиями и сырьем. Компания «МИКРОИНТЕК» предлагает заказчикам купить глинозем различного назначения и в любых необходимых объемах.

Источник

ЩЕЛОЧНО-КИСЛОТНЫЙ СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ ГЛИНОЗЕМА ИЗ ВЫСОКОКРЕМНИСТЫХ АЛЮМИНИЕВЫХ РУД Российский патент 2012 года по МПК C01F7/20

Описание патента на изобретение RU2440296C2

Известен кислотный способ переработки сынныритов на нитрат калия и глинозем, в котором породу перед разложением азотной кислотой обрабатывают раствором едкого кали с целью частичного разложения алюмосодержащей составляющей породы. Способ ограничен одним видом руды и кислоты и трудно осуществим, как и все кислотные способы получения глинозема, из-за применения растворов кислот высоких концентраций при относительно высоких температурах.

Цель изобретения — универсальный способ получения глинозема из различных высококремнистых алюминиевых руд, основанный на использовании растворов кислот низкой концентрации и при низких температурах.

Традиционно, такие руды перерабатывают либо способом спекания /нефелины, сиениты/, либо комбинированным способом Байер-спекание /бокситы/. Переработка высококремнистых бокситов простым выщелачиванием по способу Байера нерентабельна, т.к. образующиеся гидроалюмосиликаты примерного состава Na₂O·Al₂O₃·2SiO₂·2H₂O снижают выход глинозема.

Возможен логически иной подход к проблеме переработки высококремнистых алюминиевых руд. Нами установлено, что гидроалюмосиликаты щелочных металлов, устойчивые в щелочной среде, легко разлагаются в слабых растворах кислот даже при низких температурах с переводом алюминия и щелочных металлов в раствор в виде соответствующих солей, а кремния в осадок. При этом тип кислоты не имеет значения. Кислота должна быть достаточно сильной, чтобы образовалась устойчивая соль с амфотерной гидроокисью алюминия. На этом свойстве основан предлагаемый способ получения глинозема из высококремнистых алюминиевых руд.

Суть его заключается в следующем.

Алюминиевую руду обрабатывают /выщелачивают/ оборотным раствором в условиях, которые обеспечивают практически полное разложение алюмосодержащей составляющей породы и образование гидроалюмосиликатов. Отделенный от маточника шлам обрабатывают 3-4% раствором сильной кислоты при температуре 20-40 градусов для разложения гидроалюмосиликатов и перевода алюминия и щелочных металлов в раствор. Способы выделения гидроокиси алюминия из сернокислых, солянокислых и азотнокислых растворов известны. Они достаточно глубоко проработаны и описаны.

Достоинства щелочно-кислотного способа:

1. Отсутствует процесс спекания и все, что с ним связано.

2. Значительно сокращаются энергетические затраты.

3. Увеличивается выход глинозема, т.к. нет вторичных потерь.

4. Можно получать глинозем, не содержащий кремний.

5. Улучшается система контроля производства.

6. Улучшается экологическая обстановка на производстве и вокруг него, включая шламовые поля.

7. Очевидное снижение себестоимости глинозема.

Технологические схемы получения глинозема щелочно-кислотным способом из различных руд определяются составом и свойствами их, а также свойствами кислоты. По ряду причин использование азотной кислоты предпочтительнее.

Применительно к бокситам, которые перерабатывают по схеме последовательного варианта комбинированного процесса Байер-спекание, принципиальная схема щелочно-кислотного способа может выглядеть следующим образом.

Первая ветвь — выщелачивание бокситов алюминатным раствором остается без изменений.

Во второй ветви красный шлам обрабатывают 3-4% раствором азотной кислоты при температуре 20-40°. В этих условиях алюмосиликаты натрия разлагаются и образуются хорошо растворимые нитраты натрия и алюминия. Одновременно в раствор может переходить некоторое количество железа. Кремнезем остается в осадке. Кислый раствор отделяют от шлама и используют в повторных циклах разложения алюмосиликатов, чтобы повысить концентрацию солей в растворе и тем самым уменьшить нагрузку на выпарку. Затем раствор глубоко упаривают и смесь солей подвергают термическому разложению при 600-700 градусах. Выделяющиеся окислы азота охлаждают и возвращают в производственный цикл, направляя их непосредственно в реактор, где разлагают алюмосиликаты. Оставшиеся после разложения нитратов окислы металлов обрабатывают водой или слабым щелочным раствором. Окислы алюминия и натрия при этом растворяются и образуют алюминатный раствор с каустическим модулем 1,65-1,70, а окислы железа остаются в осадке. Алюминатный раствор направляют на декомпозицию в первую ветвь, либо выкручивают отдельно, если требуется получить глинозем, не содержащий кремний.

Описанная схема получения глинозема привлекательна по многим параметрам, включая отсутствие химических потерь щелочи и кислоты, а также получение окислов железа, не содержащих примеси, которые могут найти в других отраслях применение.

Аналогичные схемы можно представить для получения глинозема из нефелинов, глин, кианитов и других подобных руд. При выщелачивании таких руд должны быть созданы соответствующие условия, чтобы практически полностью превратить алюминийсодержащие составляющие породы в гидроалюмосиликаты, которые разлагают 3-4% раствором кислоты и далее по схеме, представленной для бокситов.

В связи с тем, что в молекуле нефелинов содержатся щелочные металлы, выделение гидроокиси алюминия из раствора уместно производить карбонизацией.

Щелочно-кислотный способ универсален и может быть весьма легко осуществлен в промышленном масштабе.

Аналогами изобретения могут быть кислотные способы получения глинозема.

1. В.А.Мазель. Производство глинозема. 1955 г.

2. В.А.Матвеев. Физико-химические и технологические основы повышения эффективности комплексной переработки нефелинсодержащего сырья кислотными методами. Автореферат диссертации на соискание ученой степени д.т.н. г.Апатиты. 2009 г.

3. Авторское свидетельство 925865 А, кл.С01F 7/24, 07.05.1982 г.

Похожие патенты RU2440296C2

название	год	авторы	номер документа
СПОСОБ ПЕРЕРАБОТКИ БОКСИТОВ НА ГЛИНОЗЕМ	1999	Майер А.А. Лапин А.А. Тихонов Н.Н. Паромова И.В. Матукайтис А.А.	RU2181695C2
СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ ГЛИНОЗЕМА ИЗ ХРОМСОДЕРЖАЩИХ БОКСИТОВ	2016	Дубовиков Олег Александрович Логинов Денис Александрович Шайдулина Алина Азатовна Тихонова Александра Дмитриевна	RU2613983C1
Способ переработки бокситов на глинозем	1986	Логинова Ирина Викторовна Корюков Владимир Николаевич Лебедев Владимир Александрович Анашкин Вячеслав Серафимович Сычев Виктор Никитич Мальц Наум Соломонович Медведев Виктор Владимирович Райзман Виктор Лазаревич Кропотин Виктор Ефимович Чернабук Юрий Николаевич Сидоренко Станислав Петрович Зорин Виктор Матвеевич Альберт Константин Яковлевич	SU1423498A1
СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ МЕТАЛЛУРГИЧЕСКОГО ГЛИНОЗЕМА (ВАРИАНТЫ)	2016	Сенюта Александр Сергеевич Панов Андрей Владимирович Мильшин Олег Николаевич Слободянюк Эдуард Андреевич Смирнов Андрей Андреевич	RU2647041C1
СПОСОБ ПЕРЕРАБОТКИ БОКСИТОВ НА ГЛИНОЗЕМ	2012	Логинова Ирина Викторовна Логинов Юрий Николаевич Кырчиков Алексей Владимирович	RU2494965C1
СПОСОБ ПЕРЕРАБОТКИ БОКСИТОВ НА ГЛИНОЗЕМ	2019	Логинова Ирина Викторовна Логинов Юрий Николаевич Чайкин Леонид Иванович	RU2711198C1
СПОСОБ ПЕРЕРАБОТКИ НЕФЕЛИНА	1991	Ровинский С.В.	RU2015107C1
СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ ГЛИНОЗЕМА	2019	Дубовиков Олег Александрович Рис Александра Дмитриевна Сундуров Александр Владимирович Куртенков Роман Владимирович	RU2727389C1
СПОСОБ ПЕРЕРАБОТКИ БОКСИТОВ НА ГЛИНОЗЕМ	2003	Логинова И.В. Логинов Ю.Н. Ордон С.Ф. Лебедев В.А.	RU2232716C1
СПОСОБ КОМПЛЕКСНОЙ ПЕРЕРАБОТКИ БОКСИТОВ	2004	Ибрагимов Алмаз Турдуметович Поднебесный Геннадий Павлович Сынкова Лариса Николаевна Амбарникова Галина Алексеевна Михайлова Ольга Ивановна	RU2257347C1

Реферат патента 2012 года ЩЕЛОЧНО-КИСЛОТНЫЙ СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ ГЛИНОЗЕМА ИЗ ВЫСОКОКРЕМНИСТЫХ АЛЮМИНИЕВЫХ РУД

Изобретение относится к получению глинозема. Алюмосодержащие составляющие высококремнистых алюминиевых руд разлагаются при выщелачивании, образуя гидроалюмосиликаты щелочных металлов. Гидроалюмосиликаты разлагают путем обработки шлама слабым раствором сильной кислоты при низких температурах. При этом алюминий и щелочные металлы переходят в раствор, из которого далее выделяют гидроокись алюминия. Обеспечивается сокращение затрат и повышение выхода глинозема.

Формула изобретения RU 2 440 296 C2

Щелочно-кислотный способ получения глинозема из высококремнистых алюминиевых руд, алюмосодержащие составляющие которых разлагаются при выщелачивании породы, и при этом образуются гидроалюмосиликаты щелочных металлов, отличающийся тем, что эти гидроалюмосиликаты разлагают путем обработки шлама слабым раствором сильной кислоты при низких температурах с целью перевода алюминия и щелочных металлов в раствор и последующего выделения из раствора гидроокиси алюминия.

Источник