СПОСОБ ГЛУБОКОГО ОБЕСКРЕМНИВАНИЯ КИСЛЫХ РАСТВОРОВ Российский патент 2012 года по МПК C01F7/20 C02F1/60 

Изобретение относится к области переработки минерального сырья кислотными способами и может быть использовано в технологии получения глинозема.

Необходимость обескремнивания алюмосодержащих растворов в производстве глинозема обусловлена высокими требованиями по содержанию диоксида кремния в металлургическом глиноземе. В соответствии с нормативными документами в глиноземе марок Г-000 и Г-00 допускается массовая доля диоксида кремния не более 0,02%, при этом кремневый модуль µ_Si (отношение Al₂O₃/SiO₂) составляет не менее 5000.

В технологии переработки алюмосодержащего сырья, в частности нефелина, кислотными методами кислые растворы после отделения кремнеземного остатка содержат 0,04-15 г/л диоксида кремния, кремневый модуль (µ_Si) растворов, соответственно, от 1200 до 5. Глубокое обескремнивание таких растворов является одной из обязательных стадий при переработке их в товарные продукты, в частности при получении из этих растворов глинозема марок Г-000 и Г-00.

Самым распространенным способом обескремнивания кислых растворов является удаление диоксида кремния в виде нерастворимого осадка. В кислых растворах диоксид кремния присутствует в растворенном виде и в виде взвешенных частиц, поэтому при глубоком обескремнивании растворов необходимо произвести коагуляцию растворенного диоксида кремния и ускорить осаждение взвешенных частиц.

Известен способ очистки кислых растворов от кремния, включающий обработку их при повышенной температуре (50-70°С) кремнеземсодержащим материалом, модифицированным соединениями класса алкилполисиликонатов или полиалкилгидридсилоксанов, сорбцию SiO₂ и отделение сорбента от раствора фильтрованием (Патент РФ №2034797 С1, кл. C02F 1/60, 31.01.1991).

Недостатками способа являются:

- необходимость подготовки специального сорбента для обработки раствора;

- использование способа для очистки растворов с исходным содержанием диоксида кремния не более 1 г/л.

Известен способ очистки кислых растворов от кремния, включающий обработку их при перемешивании кремнийорганическим флокулянтом, относящимся к классу органосиликонатов щелочных металлов или металлоорганосиликонатов и их смесей, и последующее отделение осадка от раствора (Патент РФ №2077506 С1, кл. C02F 1/60, 29.09.1995).

Недостатками этого способа являются:

- недостаточная глубина очистки растворов;

- использование кремнийорганического вещества в качестве флокулянта. Известно, что кремнийорганические вещества класса органосиликонатов щелочных металлов или металлоорганосиликонатов выпускаются в виде щелочного раствора с рН 13-14. Ввод щелочного кремнийорганического флокулянта в кислый раствор может привести к нейтрализации раствора и осаждению не только диоксида кремния, но и гидроксида алюминия.

Наиболее близким аналогом предлагаемого изобретения является способ глубокой очистки от диоксида кремния до кремневого модуля µ_Si>2000, включающий введение в кислый раствор сульфата алюминия желатины, перемешивание в течение 30 минут при 95°С и отделение осадка. Желатина является положительно заряженным (катионным) полиэлектролитом, который вызывает флокуляцию и осаждение отрицательно заряженного золя диоксида кремния (Ю.А.Лайнер. Комплексная переработка алюминийсодержащего сырья кислотными способами. - М.: «Наука», 1982, с.126-127).

Недостатки способа заключаются в использовании труднодоступного природного полиэлектролита (желатины) и высоком расходе (25 кг на 1 т Al₂O₃), что делает очистку раствора от диоксида кремния дорогостоящей операцией.

Технический результат, на достижение которого направлено изобретение, заключается в разработке простого и экономичного способа глубокого обескремнивания кислых растворов до остаточного содержания диоксида кремния не более 0,015 г/л и кремневого модуля µ_Si не менее 5000.

Для достижения технического результата в предлагаемом способе кислые растворы обрабатывают катионным полиэлектролитом при перемешивании с последующим отделением осадка от раствора, при этом обработку раствора катионным полиэлектролитом ведут в присутствии взвешенных частиц химически осажденного аморфного диоксида кремния в течение 1-10 минут при температуре 20-80°С, в качестве катионного полиэлектролита используют - сополимер акриламида и метилхлорида в виде водного раствора.

Дополнительно в обрабатываемый раствор может вводиться органический коагулянт - соединение на основе диаллилдиметиламмоний хлорида. Химически осажденный аморфный кремнезем может вводиться в раствор в виде суспензии, которую получают при переработке минерального сырья, включая кислотное разложение алюмосиликатов.

По окончании процесса флокуляции и осаждения диоксида кремния образовавшийся осадок отделяют отстаиванием и/или другими известными методами (фильтрованием, центрифугированием).

Обработку кислого раствора катионным полиэлектролитом производят при перемешивании в течение 1-10 минут при температуре раствора 20-80°С, что обеспечивает эффективное взаимодействие полиэлектролита с частицами диоксида кремния и получение крупных агрегатов частиц дисперсной фазы.

Расход катионного полиэлектролита регулируют в пределах 10-25 мг сухого вещества на 1 г диоксида кремния в обрабатываемом растворе.

Процесс флокуляции и осаждения диоксида кремния при обработке кислого раствора катионным полиэлектролитом требует определенного времени. Для решения поставленной задачи обработку раствора ведут в течение 1-10 минут. Время обработки кислого раствора полиэлектролитом менее 1 минуты является недостаточным для эффективного взаимодействия частиц дисперсной фазы раствора и молекул полиэлектролита, поэтому остаточное содержание диоксида кремния в очищенном растворе превышает требуемое значение. Обработка растворов полиэлектролитом более 10 минут не требуется, поскольку необходимый эффект очистки достигается при меньшем промежутке времени.

Температурный диапазон обработки кислых растворов катионным полиэлектролитом выбран исходя из технологических параметров процесса в целом и обеспечения необходимой степени очистки растворов. При температуре 20-80°С остаточное содержание диоксида кремния в очищенных растворах не превышает требуемое значение, охлаждение растворов до температуры ниже 20°С или нагрев их до температуры выше 80°С является нецелесообразным для последующих стадий переработки растворов и, кроме того, требует дополнительных энергетических затрат.

В качестве катионного полиэлектролита выбран сополимер акриламида и метилхлорида в виде водного раствора, он обеспечивает глубокую очистку кислых растворов от диоксида кремния, является доступным и экономичным реагентом.

Действие катионного полиэлектролита заключается в объединении частиц дисперсной фазы диоксида кремния в крупные агрегаты, которые затем быстро осаждаются под действием силы тяжести. Растворенный диоксид кремния удаляется из раствора за счет адсорбции и коагуляции на частицах аморфного диоксида кремния, поэтому обработку кислых растворов полиэлектролитом производят в присутствии взвешенных частиц аморфного диоксида кремния в растворе. При недостаточном количестве дисперсной фазы в обрабатываемом растворе, менее 1 г/л, в раствор вводят химически осажденный аморфный диоксид кремния в количестве 1-5 г/л в виде суспензии, которую получают при переработке минерального сырья, в частности при кислотной переработке щелочных алюмосиликатов. Дополнительно перед добавлением катионного полиэлектролита в кислый раствор может вводиться органический коагулянт - соединение на основе диаллилдиметиламмоний хлорида (полиДАДМАХ). Использование коагулянта позволяет снизить расход катионного полиэлектролита. Коагулянт выпускается в жидком виде, он готов к дозированию, расход коагулянта составляет 5-15 мг на 1 г диоксида кремния в растворе. При обработке раствора в присутствии коагулянта дозировку катионного полиэлектролита снижают до 5-15 мг на 1 г диоксида кремния в растворе.

Способ является простым и экономичным, не требует специального оборудования, основан на использовании доступных реагентов, при этом расход полиэлектролита не превышает 1,8 кг на 1 т Al₂O₃.

При использовании совокупности заявляемых признаков остаточное содержание диоксида кремния в очищенных растворах составляет не более 0,015 г/л. Кремневый модуль µ_Si после обработки растворов по предлагаемому способу составляет не менее 5000, тем самым достигается их глубокое обескремнивание.

Предлагаемый способ глубокого обескремнивания кислых растворов иллюстрируется следующими примерами.

Пример 1.

К кислому алюмосодержащему раствору с концентрацией диоксида кремния 5 г/л добавили 0,1% раствор катионного полиэлектролита - сополимера акриламида и метилхлорида при расходе полиэлектролита 10 мг сухого вещества на 1 г диоксида кремния, обрабатывали при перемешивании и температуре раствора 20°С в течение 5 минут. Концентрация SiO₂ в растворе после отделения осадка 0,012 г/л.

В примерах 2 и 3 операции осуществляют по примеру 1, результаты - см. Таблицу.

Пример 4.

К кислому алюмосодержащему раствору с концентрацией диоксида кремния 1,36 г/л добавили органический коагулянт - соединение на основе диаллилдиметиламмоний хлорида и 0,1% раствор катионного полиэлектролита - сополимера акриламида и метилхлорида при расходе коагулянта 10 мг и полиэлектролита - 10 мг сухого вещества на 1 г диоксида кремния, обрабатывали при перемешивании и температуре раствора 50°С в течение 5 минут. Концентрация SiO₂ в растворе после отделения осадка 0,011 г/л.

В примерах 5 и 6 операции осуществляют по примеру 4, результаты - см. Таблицу.

Пример 7.

К кислому алюмосодержащему раствору, с концентрацией диоксида кремния 0,05 г/л добавили 2 г/л химически осажденного аморфного диоксида кремния в виде суспензии и 0,1% раствор катионного полиэлектролита - сополимера акриламида и метилхлорида при расходе полиэлектролита 20 мг сухого вещества на 1 г диоксида кремния, обрабатывали при перемешивании и температуре раствора 70°С в течение 1 минуты. Концентрация SiO₂ в растворе после отделения осадка 0,010 г/л.

В примерах 8 и 9 операции осуществляют по примеру 7, результаты см. в Таблице.

Изобретение относится к области химии и может быть использовано для обескремнивания кислых растворов. Кислые растворы обрабатывают катионным полиэлектролитом при перемешивании в течение 1-10 минут при температуре 20-80°С в присутствии взвешенных частиц аморфного диоксида кремния. Полученный осадок отделяют от растворов. В качестве катионного полиэлектролита используют сополимер акриламида и метилхлорида в виде водного раствора. Дополнительно в обрабатываемый кислый раствор может вводиться органический коагулянт на основе диаллилдиметиламмоний хлорида. Изобретение обеспечивает глубокое обескремнивание кислых растворов при использовании доступных реагентов. 3 з.п. ф-лы, 1 табл., 9 пр.

1. Способ глубокого обескремнивания кислых растворов, включающий обработку растворов катионным полиэлектролитом при перемешивании и последующее отделение осадка, отличающийся тем, что обработку растворов катионным полиэлектролитом ведут при температуре 20-80°С в течение 1-10 мин в присутствии взвешенных частиц химически осажденного аморфного диоксида кремния, при этом в качестве катионного полиэлектролита используют сополимер акриламида и метилхлорида в виде водного раствора.

2. Способ по п.1, отличающийся тем, что обработку растворов катионным полиэлектролитом ведут в присутствии органического коагулянта на основе диаллилдиметиламмоний хлорида.

3. Способ по п.1, отличающийся тем, что химически осажденный аморфный, диоксид кремния вводят в раствор в виде суспензии, которую получают при переработке минерального сырья, включая кислотное разложение алюмосиликатов.

4. Способ по п.1, отличающийся тем, что отделение осадка диоксида кремния от раствора производят отстаиванием, или отстаиванием и фильтрованием, или отстаиванием и центрифугированием.