способ переработки слоистых алюмосиликатов (варианты)

Формула изобретения

1. Способ переработки слоистых алюмосиликатов, выбранных из группы каолинита, обладающих двухслойной пакетной структурой из кремнекислородных тетраэдров и октаэдрического слоя, включающий механическую активацию измельченного исходного сырья, извлечение алюминийсодержащего компонента в виде сульфата алюминия серной кислотой, отделение раствора сульфата алюминия от кремнеземсодержащего компонента, отличающийся тем, что механическую активацию сырья проводят в присутствии серной кислоты плотностью 1,820-1,839 г/см³, взятой в стехиометрическом количестве, извлечение сульфата алюминия осуществляют непосредственно при активации, перевод сульфата алюминия из продукта активации в жидкую фазу проводят водой с температурой не более 30°С до плотности жидкой фазы не более 1,25 г/см³, при этом активацию проводят до полного извлечения алюминийсодержащего компонента.

2. Способ по п.1, отличающийся тем, что при активации обеспечивают воздействие не менее 1 Дж/с·г, а серную кислоту вводят порциями.

3. Способ переработки слоистых алюмосиликатов, выбранных из группы каолинита, обладающих двухслойной пакетной структурой из кремнекислородных тетраэдров и октаэдрического слоя, включающий механическую активацию измельченного исходного сырья, извлечение алюминийсодержащего компонента в виде сульфата алюминия, отделение раствора сульфата алюминия от кремнеземсодержащего компонента, отличающийся тем, что механическую активацию сырья проводят в присутствии серной кислоты плотностью 1,820-1,839 г/см³, взятой в недостатке по отношению к стехиометрическому количеству, перевод сульфата алюминия из продукта активации в жидкую фазу проводят водой с температурой не более 30°С, содержащей остатки стехиометрического количества кислоты до плотности жидкой фазы не более 1,25 г/см³, извлечение сульфата алюминия осуществляют в два этапа - непосредственно при активации сырья и обработке продукта активации водным раствором кислоты.

4. Способ по п.3, отличающийся тем, что при активации обеспечивают воздействие не менее 1 Дж/с·г, а серную кислоту вводят в количестве не более 50% стехиометрического.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к области переработки минерального сырья, а именно к слоистым алюмосиликатам группы каолинита, и может быть использовано в химической промышленности для производства сульфата алюминия и в цветной металлургии для производства глинозема.

Известен способ переработки каолинита (Лаптева Е.С., Юсупов Т.С., Бергер А.С. Физико-химические изменения слоистых силикатов в процессе механической активации. - Новосибирск: Наука, 1981, с.15-30), включающий предварительное дробление исходного каолинита до размеров не более 2,0 мм, механическую активацию в воздушной среде в течение 10-15 минут, извлечение оксида алюминия в виде сульфата из продукта активации 20%-ным раствором серной кислоты при температуре 75-90°С, разделение жидкой и твердой фаз образовавшейся суспензии путем фильтрования. Степень извлечения алюминийсодержащего компонента в раствор составляет не менее 95%.

Для осуществления известного способа необходимо ведение процесса извлечения сульфата алюминия при непрерывном подогреве реакционной среды до температуры 75-90°С, что требует значительных энергетических затрат.

Задачей настоящего изобретения является разработка способа, позволяющего с наименьшими затратами и эффективно проводить переработку слоистых алюмосиликатов.

Технический результат состоит в том, что новый способ является экономически выгодным и обеспечивает извлечение алюминийсодержащего компонента из исходного сырья на уровне 80-97%; при этом не требует дополнительного подогрева на стадии извлечения сернокислой соли. Способ может быть применен к любым известным слоистым алюмосиликатам с двухслойной пакетной структурой из кремнекислородных тетраэдров и октаэдрического слоя.

Изобретение представлено в двух вариантах.

По варианту 1 технический результат достигается тем, что в способе переработки слоистых алюмосиликатов, выбранных из группы каолинита, обладающих двухслойной пакетной структурой из кремнекислородных тетраэдров и октаэдрического слоя, включающем механическую активацию измельченного исходного сырья, извлечение алюминийсодержащего компонента в виде сульфата алюминия серной кислотой и отделение раствора сульфата алюминия от кремнеземсодержащего компонента, согласно изобретению механическую активацию сырья проводят в присутствии серной кислоты плотностью 1,820-1,839 г/см³ , взятой в стехиометрическом количестве, извлечение сульфата алюминия осуществляют непосредственно при механохимической активации, после чего осуществляют разбавление продукта активации водой с температурой не более 30°С при соотношении, обеспечивающем полный переход сульфата алюминия в жидкую фазу, при этом активацию проводят до полного извлечения алюминийсодержащего компонента.

При механохимической активации обеспечивают воздействие не менее 1 Дж/с·г, а серную кислоту вводят порциями.

По варианту 2 технический результат достигается тем, что в способе переработки слоистых алюмосиликатов, выбранных из группы каолинита, обладающих двухслойной пакетной структурой из кремнекислородных тетраэдров и октаэдрического слоя, включающем механическую активацию измельченного исходного сырья, извлечение алюминийсодержащего компонента в виде сульфата алюминия, последующее отделение раствора сульфата алюминия от кремнеземсодержащего компонента, согласно изобретению механическую активацию сырья проводят в присутствии серной кислоты плотностью 1,820-1,839 г/см³, взятой в недостатке по отношению к стехиометрическому количеству, после чего осуществляют разбавление продукта активации водой с температурой не более 30°С, содержащей остатки стехиометрического количества кислоты, извлечение сульфата алюминия осуществляют в два этапа - непосредственно при механохимической активации сырья и обработке продукта активации водным раствором кислоты при соотношении, обеспечивающем полный переход сульфата алюминия в жидкую фазу.

При механохимической активации обеспечивают воздействие не менее 1 Дж/с·г, а серную кислоту вводят в количестве не более 50% стехиометрического.

В основу изобретения положена совместная механохимическая активация слоистых алюмосиликатов. К слоистым алюмосиликатам группы каолинита относятся каолинит, диккит, накрит. Основными структурными элементами этих минералов являются двухслойные пакеты, построенные из кремнекислородных тетраэдров и октаэдрического слоя. (Пенкаля Т. Очерки кристаллохимии. Польша, 1972. Перевод с польского под ред. проф. Франк-Каенецкого В.А. Л.: Химия, 1974, с.311-312.)

При механохимическом воздействии происходит уменьшение размеров частиц обрабатываемого сырья, увеличение его поверхности, перемешивание реакционной смеси, механическое разрушение кристаллической структуры минерала, аморфизация поверхности частиц, удаление сорбированной и структурной воды за счет выделяющегося тепла при переходе механической энергии в тепловую энергию. В присутствии кислоты плотностью 1,820-1,839 г/см³ происходит дополнительный разогрев обрабатываемой смеси за счет теплоты гидратации серной кислоты молекулами структурной воды минерала, т.е. осуществляется взаимодействие протонов кислоты с гидроксидными группами минерала H⁺+ОН^- =Н₂О, при этом образующиеся молекулы воды гидратируют серную кислоту, что способствует образованию сульфата алюминия. Кроме того, при совместной механохимической активации обрабатываемого минерала происходит накопление энергии за счет образования дефектов решетки и благодаря непосредственному присутствию кислоты в активаторе, выделяющаяся энергия релаксации используется в процессе образования сульфата алюминия.

Способ по варианту 1 осуществляется следующим образом. Слоистый алюмосиликат, например каолин, каолиновые глины и др., при необходимости измельчают до частиц с размерами не более 2 мм. Затем сухое измельченное сырье подают в устройство механической активации, обеспечивающее воздействие не менее 1 Дж/с·г. Непосредственно в устройство механической активации порциями вводят серную кислоту плотностью 1,820-1,839 г/см ³. Общее количество добавляемой кислоты берут в стехиометрическом количестве по отношению к извлекаемому компоненту, при этом размер порций составляет 5-50% расчетного. В процессе механохимической активации осуществляется постепенное извлечение алюминийсодержащего компонента из сырья с образованием сульфата алюминия. Процесс активации проводят до полного извлечения алюминийсодержащего компонента. Образовавшийся после проведения механохимической активации продукт представляет собой однородную твердую массу.

Затем продукт активации разбавляют водой предпочтительно с температурой не более 30°С, что приводит к образованию суспензии, содержащей растворенную соль алюминия и кремнеземсодержащий компонент. Разбавление полученного продукта активации проводят до плотности жидкой фазы не более 1,18-1,25 г/см³ в течение не менее 30 минут, обеспечивающей практически полный переход сульфата алюминия в раствор. Далее осуществляют разделение образовавшейся суспензии на твердую и жидкую фазы известными способами. Кислотность промывных вод имеет рН не менее 1,7.

Способ по варианту 2 осуществляется следующим образом. Слоистый алюмосиликат, например каолин, глины и др., при необходимости измельчают до частиц с размерами не более 2 мм. Затем сухое измельченное сырье подают в устройство механической активации, обеспечивающее воздействие не менее 1 Дж/с·г. Непосредственно в устройство механической активации вводят серную кислоту плотностью 1,820-1,839 г/см³, взятую в недостатке по отношению к стехиометрическому количеству. Количество добавляемой кислоты составляет не более 50% стехиометрического. В процессе механохимической активации осуществляется извлечение части алюминийсодержащего компонента из сырья с образованием сульфата алюминия. Образовавшийся после проведения механохимической активации продукт представляет собой порошок, обладающий сыпучестью.

Затем продукт активации разбавляют водой предпочтительно с температурой не более 30°С, содержащей остатки стехиометрического количества кислоты, и таким образом проводят второй этап извлечения алюмосодержащего компонента. Разбавление, совмещенное с извлечением полученного продукта активации, проводят в течение 30 минут до плотности жидкой фазы не более 1,18-1,25 г/см³, обеспечивающей практически полный переход сульфата алюминия в раствор. Образовавшуюся суспензию, содержащую соль алюминия и кремнеземсодержащий компонент, разделяют известными способами. Кислотность промывных вод имеет рН не менее 1,7.

Варианты способа поясняются примерами.

Пример 1 (вариант 1)

Переработку алюмосодержащего сырья осуществляли по вышеописанной технологии варианта 1. В качестве исходной породы брали каолинит с содержанием алюминия в пересчете на оксид алюминия 37,16 мас.%. Предварительно породу измельчали до размеров 0,5-1 мм. Исходное сырье загружали в мельницу, обеспечивающую воздействие порядка 10 Дж/с·г. Небольшими порциями в процессе активации добавляли стехиометрическое количество концентрированной серной кислоты. Процесс активации вели до получения однородной твердой массы в течение 6,5 минут. Разбавление полученного продукта активации проводили водой (t=25°С) при плотности жидкой фазы 1,15 г/см³ в течение 30 минут. Разделение твердой и жидкой фаз осуществляли фильтрованием. При промывке кремнеземистого остатка соотношение ж:т - 2,3:1. Величина рН промывных вод составила 1,7. Проведение процесса активации в таком режиме позволило извлечь 96% алюминия теоретически возможного.

Пример 2 (вариант 1)

Переработку алюмосодержащего сырья осуществляли по вышеописанной технологии варианта 1. В качестве исходной породы брали каолинит с содержанием алюминия в пересчете на оксид алюминия 37,16 мас.%. Предварительно породу измельчали до размеров 0,5-1 мм. Исходное сырье загружали в мельницу, обеспечивающую воздействие порядка 10 Дж/с·г. Порциями в процессе активации добавляли стехиометрическое количество концентрированной серной кислоты, размер первой порции составил 50% стехиометрически необходимого, остальное количество кислоты добавляли равными частями. Процесс активации вели до получения однородной твердой массы в течение 7,5 минут. Разбавление полученного продукта активации проводили водой (t=25°C) при плотности жидкой фазы 1,17 г/см³ в течение 30 минут. Разделение твердой и жидкой фаз осуществляли фильтрованием. При промывке кремнеземистого остатка соотношение ж:т - 4,7:1. Величина рН промывных вод составила 1,9. Проведение процесса активации в таком режиме позволило извлечь 95% алюминия теоретически возможного.

Пример 3 (вариант 2)

Переработку алюмосодержащего сырья осуществляли по вышеописанной технологии варианта 2. В качестве исходной породы брали каолинит с содержанием алюминия в пересчете на оксид алюминия 37,16 мас.%. Предварительно породу измельчали до размеров 0,5-1 мм. Исходное сырье загружали в мельницу, обеспечивающую воздействие порядка 10 Дж/с·г. При активации однократно добавляли концентрированную серную кислоту в количестве 25% стехиометрически необходимой. Процесс активации вели до получения порошка, обладающего сыпучестью в течение 5 минут. Полученный продукт активации подвергали разбавлению, совмещенному с извлечением полученного продукта активации, водой, содержащей остатки стехиометрического количества серной кислоты, (t=25°C) при плотности жидкой фазы 1,17 г/см³ в течение 30 минут. Разделение твердой и жидкой фаз осуществляли фильтрованием. При промывке кремнеземистого остатка соотношение ж:т - 2,3:1. Величина рН промывных вод составила 1,8. Проведение процесса активации в таком режиме позволило извлечь 80% алюминия теоретически возможного.

Пример 4 (вариант 2)

Переработку алюмосодержащего сырья осуществляли по вышеописанной технологии варианта 2. В качестве исходной породы брали каолинит с содержанием алюминия в пересчете на оксид алюминия 37,16 мас.%. Предварительно породу измельчали до размеров 0,5-1 мм. Исходное сырье загружали в мельницу, обеспечивающую воздействие порядка 19 Дж/с·г. При активации однократно добавляли концентрированную серную кислоту в количестве 45% стехиометрически необходимой. Процесс активации вели до получения порошка, обладающего сыпучестью в течение 5 минут. Полученный продукт активации подвергали разбавлению, совмещенному с извлечением полученного продукта активации, водой, содержащей остатки стехиометрического количества серной кислоты, (t=25°C) при плотности жидкой фазы 1,18 г/см³ в течение 30 минут. Разделение твердой и жидкой фаз осуществляли фильтрованием. При промывке кремнеземистого остатка соотношение ж:т - 2,3:1. Величина рН промывных вод составила 1,8. Проведение процесса активации в таком режиме позволило извлечь 87% алюминия теоретически возможного.

Таким образом, способ позволяет снизить затраты на технологию переработки слоистых алюмосиликатов, получить целевой продукт в виде соли алюминия. Кроме того, способ переработки обеспечивает относительно низкую кислотность воды при промывке кремнеземистого остатка, что позволяет использовать эти воды повторно для разбавления продукта активации.