СПОСОБ КОМПЛЕКСНОЙ ПЕРЕРАБОТКИ АЛЮМОСИЛИКАТНОГО СЫРЬЯ Российский патент 1997 года по МПК C01F7/06 C01F7/38 

Изобретение относится к области цветной металлургии и может быть использовано при получении гидроксида алюминия, редкометального концентрата и цеолита.

Известен способ комплексной переработки нефелина, включающий смешивание с известняком, спекание полученной шихты, выщелачивание спека, отделение раствора от шлама и выделение из раствора гидроксида алюминия, поташа и соды (Лайнер А. И. и др. Производство глинозема, М. 1978, с.188). Однако способ характеризуется высокими энергозатратами и не предусматривает получение синтетического цеолита.

Наиболее близким по технической сущности и достигаемому результату является способ переработки сырья с карбонатом натрия, спекание шихты, выщелачивание спека щелочно-алюминатным раствором, отделение шлама от раствора и выделение из него гидроксида алюминия (Лайнер А.И. и др. Производство глинозема. М. 1978, с.187). Однако способ не обеспечивает достаточно глубокого извлечения глинозема и кремнезема в раствор, в результате образуется значительное количество шлама с невысоким содержанием скандия и редкоземельных элементов. Невысокое содержание кремнезема в растворе не дает возможности выделения из него синтетического цеолита, пригодного для производства синтетических моющих средств. Цель изобретения повышение комплексности использования сырья.

Поставленная цель достигается тем, что в способе переработки алюмосиликатного сырья, включающем смешивание сырья с карбонатом натрия, спекание полученной шихты, выщелачивание спека щелочно-алюминатным раствором, отделение шлама от раствора и выделение из него гидроксида алюминия. В шихте для спекания поддерживают молярные отношения

спек выщелачивают раствором с каустическим модулем 1,5 3,0 в течение 1 6 ч при температуре 40 60^oC до получения раствора после выщелачивания с концентрацией Na₂O_кауст. 140 240 г/л, а SiO₂ 8 12 г/л, полученный раствор разбавляют водой с температурой 50 100^oC до концентрации Na₂O_кауст. 120 180 г/л, нагревают до 70 - 100^oC со скоростью 1 10^oC в мин, перемешивают 10 60 мин и отделяют от выпавшего в осадок цеолита.

Пример: 100 г алюмосиликатного сырья, содержащего, Al₂O₃ 42,2; SiO₂ 16,4; Fe₂O₃ 3,3; TiO₂ 2,0; S_общ. 0,45; Sc 0,011; ΣTr₂O₃ (сумма оксидов редкоземельных элементов) 0,032; ППП 33,1; проч. 2,5% смешивают с карбонатом натрия до получения в шихте молярных отношений

и спекают при температуре 1150^oC. Полученные спеки измельчают до крупности менее 0,25 мм и выщелачивают при 35 65^oC щелочно-алюминатными растворами с каустическим модулем 1,4 3,1 в течение 0,8 6,5 ч. Выщелачивание ведут растворами с содержанием Na₂O_кауст. 95 230 г/л при отношениях Ж Т (отношение объема раствора в литрах к массе спека в кг) в пределах 9 16,6, что обеспечивает содержание Na₂O_кауст. в растворе от выщелачивания спека 135 245 г/л, а SiO₂ 7 13 г/л. После выщелачивания шлам отделяют от раствора на фильтре, промывают водой и высушивают, а растворы направляют на выделение цеолита.

С этой целью их разбавляют водой с температурой 50 100^oC до концентрации Na₂O_кауст. 110 190 г/л, нагревают до 65 - 105^oC со скоростью 0,8 12^oC/мин и перемешивают в течение 8 70 мин. Выпавший осадок отделяют от раствора на фильтре, промывают горячей дистиллированной водой и высушивают 24 ч при 105^oC.

Раствор после выделения цеолита дополнительно обескремнивают в присутствии извести и направляют на выделение гидроксида алюминия методом карбонизации или декомпозиции.

Влияние условий приготовления шихты, выщелачивания спека и выделения цеолита на концентрацию редких элементов в шламе от выщелачивания, выход и качестве цеолита иллюстрируется данными табл. 1 и 2, откуда следует, что наивысшие результаты достигаются при переработке сырья в заявленных интервалах молярных отношений в шихте, концентраций Na₂O и SiO₂ в растворе от выщелачивания спека, каустического модуля исходного раствора, температуры и продолжительности выщелачивания, а также степени разбавления растворов, их скорости нагрева, температуры и времени выделения цеолита (табл.1, 2, опыты 1 3). Выход за пределы молярных отношений в шихте приводит к недоизвлечению полезных компонентов из спека и вследствие этого к увеличению выхода шлама, снижению в нем концентрации редких металлов и уменьшению выхода цеолита (опыты 4, 5 табл. 1 и 12, 13 табл. 2). К этому же ведет уменьшение времени и температуры выщелачивания спека (опыты 6, 12 табл. 1 и 14, 20 табл. 2) и увеличение концентрации Na₂O_кауст. в растворе от выщелачивания до 250 г/л из-за повышенной вязкости (опыты 11 табл.1 и 19 табл.2). Уменьшение каустического модуля раствора до 1,4, концентрации Na₂O_кауст. в растворе после выщелачивания до 130 г/л. повышение температуры выщелачивания до 65^oC и содержания SiO₂ в растворе до 13 г/л делает эти растворы нестойкими, из них выпадает в осадок гидроксид алюминия или гидроалюмосиликат натрия. Это ведет к снижению концентрации редких элементов в шламе (опыты 7, 8, 10, 14 табл. 1), уменьшению выхода цеолита или ухудшению его сорбирующих свойств (опыты 15, 18, 22 и 16 табл.2). Увеличение каустического модуля раствора до 3,1 уменьшает растворимость SiO₂, что ведет к увеличению выхода шлама и вследствие этого уменьшению концентрации редких металлов в нем и снижению выхода цеолита (опыты 9 табл.1 и 17 табл.2). Увеличение продолжительности выщелачивания до 6,5 ч не дает дополнительного эффекта, но ведет к росту капитальных и энергетических затрат (опыты 13 табл. 1 и 21 табл.2). Понижение концентрации SiO₂ в растворе после выщелачивания до 7 г/л ведет к снижению выхода цеолита (опыт 23 табл.2).

Повышение концентрации Na₂O_кауст. в растворе, направляемого на выделение цеолита, до 190 г/л и снижение температуры до 65^oC, а продолжительности перемешивания до 8 мин ведет к уменьшению выхода цеолита (опыты 4, 7 и 8 табл. 2). Снижение концентрации Na₂O_кауст. до 110 г/л и увеличение температуры до 105^oC и продолжительности перемешивания до 70 мин ухудшает качество выделяемого продукта (опыты 5, 6 и 9 табл.2). К этому же ведет выход за заявленные пределы скорости нагрева раствора (опыты 10, 11 табл.2).

По прототипу исходное сырье смешивают с содой и известняком до молярных отношений

шихту спекают при 1200^oC, спек выщелачивают слабым щелочно-алюминатным раствором (Na₂O_кауст.10 г/л; α_кауст 1-7) при 70^oC в течение 60 мин, далее раствор перерабатывают в тех же условиях, как и по прототипу (опыты 16 табл. 1 и 24 табл.2).

В предложенном способе содержание редких металлов в шламе от выщелачивания примерно в 5 раз выше, чем в известном способе, кроме того получен натриевый цеолит A с высокой связующей способностью по Ca²⁺, пригодный для производства синтетических моющих средств.

Использование: при комплексной переработке алюмосиликатного сырья. Сущность изобретения: алюмосиликатное сырье смешивают с карбонатом натрия до молярных отношений: шихту спекают, а спек выщелачивают щелочно-алюминатным раствором с каустическим модулем 1,5 - 3,0 при температуре 40 - 60^oC и продолжительности 1 - 6 ч до получения раствора после выщелачивания с концентрацией Na₂O_кауст. 140 - 240 г/л, а SiO₂ 8 - 12 г/л, полученный после отделения шлама раствор разбавляют водой с температурой 50 - 100^oC до концентрации Na₂O_кауст. 120 - 180 г/л, нагревают до 70 - 100^oC со скоростью 1 - 10^oC/мин, перемешивают 10 - 60 мин, отделяют раствор от выпавшего в осадок цеолита и направляют на выделение гидроксида алюминия. 2 з.п.ф-лы, 2 табл.

1. Способ комплексной переработки алюмосиликатного сырья, включающий смешивание сырья с карбонатом натрия, спекание полученной шихты, выщелачивание спека щелочно-алюминатным раствором, отделение полученного раствора от шлама и выделение из раствора гидроксида алюминия, отличающийся тем, что смешивание сырья с карбонатом натрия ведут до молярного отношения

для выщелачивания спека используют щелочно-алюминатный раствор с каустическим модулем 1,5 3,0 и выщелачивание ведут при 40 60^oС, продолжительности 1 6 ч до получения раствора после выщелачивания с концентрацией Na₂O_{к а у с т .} 140 240 г/л, а SiO₂ 8 12 г/л, полученный после отделения шлама раствор разбавляют водой до концентрации Na₂O_{к а у с т .} 120 180 г/л, нагревают до 70 100^oС, перемешивают 10 60 мин и отделяют раствор от выпавшего в осадок цеолита, при этом гидроксид алюминия выделяют из раствора, полученного после отделения цеолита. 2. Способ по п. 1, отличающийся тем, что нагрев раствора после разбавления ведут со скоростью 1 10^oС в мин. 3. Способ по пп. 1 и 2, отличающийся тем, что для разбавления используют воду с температурой 50 100^oС.