СПОСОБ ИЗВЛЕЧЕНИЯ АЛЮМИНИЯ И ЖЕЛЕЗА ИЗ ГЛИНОЗЕМИСТЫХ РУД Российский патент 2012 года по МПК C22B21/00 

Область техники

Настоящее изобретение относится к улучшениям в области химии, применимым к экстракции алюминия из глиноземистых руд. Например, такие способы применяют для извлечения алюминия из глиноземистых руд, включающих различные типы металлов, таких как Fe, K, Mg, Na, Ca, Mn, Ba, Zn, Li, Sr, V, Ni, Cr, Pb, Cu, Co, Sb, As, B, Sn, Be, Mo или их смеси.

Уровень техники

Более 96% глинозема, который производят во всем мире, получают из боксита, который является минералом, особенно богатым глиноземом (40-60%), поставки которого осуществляются из Ямайки, Австралии, Бразилии, Африки и России. В определенных районах мира имеются большие количества глиноземистых руд, которые представляют собой алюмосиликаты (например, аргиллит, нефелин и т.д.), которые относительно богаты глиноземом (20-28%). Однако таким районам до сих пор уделялось мало внимания, потому что производственные затраты на извлечение алюминия из таких руд оставались слишком высокими. В этих глиноземистых материалах и в отличие от боксита оксид алюминия связан с силикатными или сульфатированными фазами. Таким образом, не может быть использован процесс Байера, что означает то, что должны быть использованы или разработаны альтернативные обработки для производства глинозема. До сих пор предлагались различные способы, для того чтобы извлечь алюминий из таких глиноземистых руд, включающих алюмосиликаты, но имеются возможности для усовершенствования или для альтернативных путей.

Раскрытие изобретения

Согласно одному аспекту предложен способ извлечения ионов алюминия из смеси, включающей ионы железа и ионы алюминия. Способ включает выделение ионов алюминия из состава, включающего ионы алюминия, ионы железа, органический растворитель и экстрагирующий агент, приспособленный образовывать металлоорганический комплекс, по существу селективно, с ионами железа или с ионами алюминия, который растворим в органическом растворителе.

Согласно одному варианту воплощения состав может включать кислую водную фазу, включающую ионы алюминия, и органическую фазу, включающую ионы железа, связанные в комплекс с экстрагирующим агентом, и при этом ионы алюминия выделяют отделением водной фазы от органической фазы. Водная фаза может иметь pH от примерно 1 до примерно 2,5 или примерно 2. Экстрагирующий агент может быть выбран из фосфорных кислот и их производных, а также фосфиновых кислот и их производных. Например, экстрагирующий агент может быть выбран из ди-2-этилгексилфосфорной кислоты (Д2ЭГФК) - (HDEHP), бис(2,4,4-триметилпентил)фосфиновой кислоты и моно-2-этилгексилового эфира 2-этилгексилфосфоновой кислоты. Экстрагирующий агент может иметь концентрацию от примерно 0,5 М до примерно 1,5 М в органической фазе или примерно 1 М в органической фазе. Состав может иметь объемное соотношение органическая фаза:водная фаза примерно 1:1. После экстракции (прохождения состава через мембрану) водная фаза может быть отделена от органической фазы и ионы алюминия могут быть выделены в водной фазе, и водная фаза может быть обработана щелочью (например, NaOH, KOH или их смесью). Водная фаза может быть обработана щелочью, чтобы получить pH, по меньшей мере, 4. Способ может дополнительно включать обрабатывание органической фазы HCl и отделение ионов железа в виде Fe³⁺.

Согласно другому варианту воплощения состав может включать кислую водную фазу, включающую ионы железа и органическую фазу, включающую ионы алюминия, связанные в комплекс с экстрагирующим веществом, и при том ионы алюминия выделяют отделением водной фазы от органической фазы. Водная фаза может иметь pH от примерно 2,5 до примерно 3,5. Экстрагирующим агентом может быть фосфиновая кислота или ее производное. Например, экстрагирующим агентом может быть бис(2,4,4-триметилпентил)фосфиновая кислота. Экстрагирующий агент может иметь концентрацию от примерно 10% до примерно 25% об./об. относительно органического растворителя или примерно 20% об./об. относительно органического растворителя. Состав может иметь объемное соотношение водная фаза:органическая фаза от примерно 1:1 до примерно 1:3. Во время процесса состав может находиться при температуре от примерно 30°C до примерно 50°C или при температуре от примерно 35°C до примерно 45°C. После экстракции через мембрану водная фаза может быть отделена от органической фазы. Связанные в комплекс ионы алюминия могут быть выделены в органической фазе. Органическая фаза затем может быть обработана HCl, чтобы получить водный состав, включающий ионы алюминия.

Например, органический растворитель может быть выбран из углеводородов. Например, органический растворитель может быть выбран из С₅-С₁₂ алканов и их смесей. Органический растворитель может также быть гексаном или гептаном. Органическая фаза и водная фаза могут быть разделены посредством фильтрующей мембраны, например мембраны с полыми волокнами. Такая мембрана может включать полипропилен, поливинилидендифторид или их смесь. Водная фаза может быть обработана щелочью, чтобы получить pH, по меньшей мере, примерно 4. Способ может также дополнительно включать отделение фильтрованием, чтобы получить Al(OH)₃. Способ может также включать промывку Al(OH)₃. Способ может также включать преобразование Al(OH)₃ в Al₂O₃. Преобразование Al(OH)₃ в Al₂O₃ может быть проведено при температуре от примерно 800°C до примерно 1200°C.

Согласно другому аспекту обеспечен состав, содержащий ионы алюминия, ионы железа, органический растворитель и экстрагирующий агент, способный образовывать металлоорганический комплекс, по существу селективно, с ионами железа или с ионами алюминия, который растворим в органическом растворителе.

Согласно другому аспекту предложен состав, содержащий кислую водную фазу, включающую ионы алюминия, и органическую фазу, включающую ионы железа, связанные в комплекс с экстрагирующим агентом.

Согласно другому аспекту предложен состав, содержащий кислую водную фазу, включающую ионы железа и органическую фазу, включающую ионы алюминия, связанные в комплекс с экстрагирующим агентом.

К этим составам могут быть применены, по возможности, различные параметры, варианты воплощения и примеры, ранее описанные относительно способов.

Согласно другому аспекту предложен способ, по меньшей мере, частично отделяющий ионы алюминия от ионов железа, входящих в состав, причем способ включает по существу селективное осаждение, по меньшей мере, части ионов железа в щелочных условиях, при которых pH составляет, по меньшей мере, 10. Ионы железа могут быть осаждены из щелочного водного раствора, включающего NaOH или KOH. Например, щелочь может вступать в реакцию с составом для получения смеси, в которой pH составляет, по меньшей мере, 10, и затем, по меньшей мере, часть осажденных ионов железа может быть отделена от остальной смеси. Например, осажденные ионы железа могут быть отделены от остальной смеси проведением фильтрования, декантации, центрифугирования или комбинаций из этого. Способ может дополнительно включать промывание полученных осажденных ионов железа щелочным раствором. Щелочной раствор может иметь концентрацию от примерно 0,01 М до примерно 0,02 М. pH может быть, по меньшей мере, 11, по меньшей мере, 12, примерно от 10,8 до примерно 11,2 или примерно от 11,5 до примерно 12,5. Способ может дополнительно включать очищение осажденных ионов железа посредством мембраны с полыми волокнами.

Согласно другому аспекту предложен способ извлечения алюминия из алюминиевой руды, включающий

- выщелачивание алюминиевой руды кислотой с получением щелока и твердого осадка,

- удаление, по меньшей мере, части ионов железа, содержащихся в щелоке путем

(i) по существу селективного осаждения, по меньшей мере, части ионов железа в щелочных условиях, при которых pH составляет, по меньшей мере, 10, с получением обогащенного алюминием состава; или

(ii) по существу селективное связывание в комплекс, по меньшей мере, части ионов железа с экстрагирующим агентом, способным образовывать металлоорганический комплекс, по существу селективно, с ионами железа, чтобы получить обогащенный алюминием состав.

Например, кислотой может быть HCl. Алюминиевая руда может выщелачиваться с помощью HCl при температуре, по меньшей мере, 80°C, по меньшей мере, 90°C или от примерно 100°C до примерно 110°C. HCl может иметь концентрацию примерно 6 М. Соотношение алюминиевая руда/кислота может составлять примерно 1/10 по объемному весу.

Например, удаление, по меньшей мере, части ионов железа может быть проведено осаждением ионов железа из щелочного водного состава. Состав может содержать NaOH или KOH.

Например, удаление, по меньшей мере, части ионов железа может быть осуществлено проведением реакции щелока со щелочью, для того чтобы получить pH, по меньшей мере, 10, и осаждением ионов железа.

Например, осажденные ионы железа могут быть отделены от остального щелока проведением фильтрования, декантации, центрифугирования или смешениями этого.

Способ может дополнительно включать промывание полученных осажденных ионов железа щелочным раствором. Щелочной раствор может иметь концентрацию от примерно 0,01 М до примерно 0,02 М. pH может составлять, по меньшей мере, 11, по меньшей мере, 12, от примерно 10,8 до примерно 11,2 или от примерно 11,5 до примерно 12,5. Способ может дополнительно включать очищение осажденных ионов железа посредством мембраны с полыми волокнами.

Удаление, по меньшей мере, части ионов железа может быть осуществлено проведением реакции щелока в кислых условиях с экстрагирующим агентом и органическим растворителем, для того чтобы получить состав, содержащий кислую водную фазу, включающую ионы алюминия, и органическую фазу, включающую ионы железа, связанные в комплекс с экстрагирующим агентом. Обогащенный алюминием состав может быть получен отделением водной фазы от органической фазы. Водная фаза может иметь pH от примерно 1 до примерно 2,5 или примерно 2. Экстрагирующий агент может быть выбран из ди-2-этилгексилфосфорной кислоты (Д2ЭГФК), бис(2,4,4-триметилпентил)фосфиновой кислоты и моно-2-этилгексилового эфира 2-этилгексилфосфоновой кислоты. Экстрагирующий агент может иметь концентрацию от примерно 0,5 М до примерно 1,5 М в органической фазе или примерно 1 М в органической фазе.

Например, органический растворитель может быть выбран из С₅-С₁₂ алканов и их смесей. Органическим растворителем может быть гептан. Состав может иметь объемное соотношение органическая фаза:водная фаза примерно 1:1. Органическая фаза и водная фаза могут быть разделены посредством фильтрующей мембраны. Мембраной может быть мембрана с полыми волокнами. Мембрана может включать полипропилен, поливинилидендифторид или их смесь.

После прохождения состава через мембрану водную фазу можно отделить от органической фазы. Ионы алюминия могут быть выделены в водной фазе, и водная фаза может быть обработана щелочью (такой, как NaOH или KOH). Водная фаза может быть обработана щелочью, чтобы получить pH, по меньшей мере, 4. Способ может дополнительно включать отделение фильтрованием, чтобы получить Al(OH)₃, который, в конце концов, может быть промыт.

Например, алюминиевая руда может быть измельчена и прокалена перед тем, как ее выщелачивают.

Например, перед удалением ионов железа щелок обрабатывают щелочью.

Например, перед удалением ионов железа щелок может быть дистиллирован, чтобы уменьшить его объем.

Например, способ может дополнительно включать, по меньшей мере, частичное выделение ионов алюминия, присутствующих в обогащенном алюминием составе.

Например, обогащенный алюминием состав может быть обработан экстрагирующим агентом, способным образовывать металлоорганический комплекс, по существу селективно, с ионами алюминия в присутствии органического растворителя и раствора кислоты, для того чтобы образовать состав, содержащий кислую водную фазу, включающую примеси, и органическую фазу, включающую ионы алюминия, связанные в комплекс с экстрагирующим агентом. Ионы алюминия могут быть выделены отделением водной фазы от органической фазы. Например, водная фаза может иметь pH от примерно 2,5 до примерно 3,5. Экстрагирующий агент может быть фосфиновой кислотой или ее производным. Экстрагирующий агент может быть бис(2,4,4-триметилпентил)фосфиновой кислотой. Экстрагирующий агент может иметь концентрацию от примерно 10% до примерно 25% об./об. или примерно 20% об./об. относительно органического растворителя. Органический растворитель может быть выбран из С₅-С₁₂ алканов и их смесей. Органическим растворителем может быть гептан. Состав может иметь объемное соотношение водная фаза:органическая фаза от примерно 1:1 до примерно 1:3. Органическую фазу и водную фазу можно разделить посредством мембраны (например, мембраной с полыми волокнами). Мембрана может включать полипропилен, поливинилидендифторид или их смесь. Состав может находиться при температуре от примерно 30°C до примерно 50°C или от примерно 35°C до примерно 45°C. После прохождения состава через мембрану водная фаза может быть отделена от органической фазы. Связанные в комплекс ионы могут быть выделены в органической фазе. Органическая фаза затем может быть обработана с помощью HCl, чтобы получить водный состав, содержащий ионы алюминия. Ионы алюминия могут быть преобразованы в Al(OH)₃ путем их взаимодействия с щелочью. Al(OH)₃ может быть затем превращен в Al₂O₃. Такое превращение Al(OH)₃ в Al₂O₃ может быть проведено при температуре от примерно 800°C до примерно 1200°C.

Краткое описание чертежей

Далее следуют чертежи, которые приведены только в качестве примера и представляют различные варианты воплощения изобретения.

Фиг.1 показывает блок-схему способа согласно одному варианту воплощения способа извлечения алюминия из глиноземистой руды.

Подробное описание различных вариантов воплощения

Дополнительные признаки и преимущества станут более легко очевидными из следующего описания различных вариантов воплощения посредством примеров и прилагаемых чертежей, приведенных лишь для иллюстрации.

Как можно видеть из фиг.1, такой способ может включать различные этапы, причем каждый из этих этапов, в конце концов, может рассматриваться как являющийся способом.

Приготовление образца аргиллита

Аргиллит может быть тонко измельчен, что способствовало бы осуществлению следующих этапов. Например, очень тонкое измельчение может сократить длительность реакции на несколько часов (от примерно 2 до 3 часов). Для того чтобы удалить большинство железа, этап выщелачивания при комнатной температуре необязательно проводят между этапом измельчения и этапом прокаливания (см. опцию 1). Эту операцию, например, проводят с помощью HCl (12 М) и используют соотношение аргиллит/кислота (масса/объем) - 1:5. В зависимости от экспериментальных условий (размеров частиц, времени обработки, системы взбалтывания) может быть удалено от примерно 65% до примерно 93% железа. Однако этот этап выщелачивания может принести также определенный процент алюминия (0-5%). Последний этап приготовления аргиллита включает прокаливание предварительно обработанного аргиллита. Это может быть выполнено при температуре более 550°C в течение периода примерно от 1 до 2 часов. Например, тепловая обработка делает возможным увеличить количество извлеченного алюминия до примерно 30% - примерно 40% в течение такого же периода времени. Другими словами, количество извлеченного алюминия удваивается. Если выщелачивание проводят при комнатной температуре, то фазовое разделение может быть осуществлено перед прокаливанием, для того чтобы выделить кислоту и уменьшить затраты на нагревание.

Кислотное выщелачивание

Кислотное выщелачивание включает взаимодействие измельченного и прокаленного аргиллита с раствором соляной кислоты при повышенной температуре в течение заданного периода времени. Например, соотношение аргиллит/кислота может составлять примерно 1:10 (вес/объем), концентрация HCl может быть примерно 6 М, температура может быть от примерно 100°C до примерно 110°C, и длительность реакции может составлять от примерно 5 до примерно 7 часов. При таких условиях может быть извлечено более чем примерно 90% алюминия и примерно 100% железа наряду с примесями.

Во время второй половины такой обработки (например, последние 2 или 3 часа) часть кислоты может быть выделена конденсацией. Как только экстрагирование прекращается, твердое вещество (обедненный металлами аргиллит) может быть отделено от жидкого декантацией или фильтрованием, после которого его промывают. Остаточный щелок и промывная вода могут быть полностью выпарены. Соответствующий осадок может быть после этого промыт много раз водой, чтобы уменьшить кислотность и снизить количества гидроксида натрия (NaOH), которые требуются для регулирования pH во время удаления железа. Конечный объем составляет от 10% до 20% первоначального объема. Выделенная кислота может быть использована после корректирования ее титра или добавлением газообразной HCl, или добавлением концентрированной HCl (12 М). После осуществления взаимодействия титр кислоты может меняться от примерно 4 М до примерно 6 М в зависимости от условий эксперимента. Что касается твердого вещества, то оно составляет от примерно 65% до примерно 75% первоначальной массы аргиллита, его можно оценить и опять использовать или в качестве ионообменной смолы, или в качестве абсорбента.

Удаление железа

Удаление железа может быть проведено осаждением последнего в щелочной среде, например, при pH, по меньшей мере, 10 или при pH примерно от 11,5 до примерно 12,5. Такой этап может быть осуществлен добавлением NaOH, например, с концентрацией 10 М. Также могут быть использованы другие щелочи, такие как KOH. Затем, все что требуется, - отделить твердую часть от жидкой части фильтрованием, декантацией или центрифугированием и промыть твердое вещество с помощью разбавленной щелочи, такой как раствор NaOH (например, NaOH с концентрацией от 0,01 М до 0,02 М). Затем твердое вещество промывают дистиллированной водой. Жидкая часть включает алюминий и щелочноземельные металлы. Таким образом может быть достигнуто по существу полное удаление железа и почти всех примесей (других металлов). Необязательно, выделить железо возможно использованием этапа рафинирования путем жидкостной экстракции через мембрану с полыми волокнами (см. опцию 2).

Альтернативно (см. опцию 3), удаление железа может быть проведено путем использования экстрагирующего агента и мембраны с полыми волокнами. Различные экстрагирующие агенты, которые могут по существу селективно образовывать комплексы с ионами железа до ионов алюминия (или ионами алюминия до ионов железа), могли быть использованы на таком этапе в зависимости от соотношения Al/Fe. Например, экстракцию можно проводить с использованием (Д2ЭГФК) (диэтилгексилфосфорной кислоты) в качестве экстрагирующего агента, способного образовывать комплекс с ионами железа. Может быть использована концентрация примерно 1 М Д2ЭГФК в органическом растворителе, таком как гептан или любой углеводородный растворитель. Такая экстракция может требовать относительно короткого времени контакта (несколько минут). Например, может быть использован pH порядка 2, и соотношение водная фаза/органическая фаза может составлять примерно 1:1. Было отмечено, что при таких условиях возможно извлекать от 86% до 98% железа. Будет понятно, что в настоящем случае железо попадает в органическую фазу. Чтобы выделить железо в водной фазе, может быть проведена обратная экстракция хлористоводородной кислотой (2 М или 6 М) и с соотношением органическая фаза/кислая фаза примерно 1:0,5. В таком случае получающаяся водная фаза богата Fe³⁺ ионами.

Выделение алюминия

Раствор, полученный от предыдущего этапа с использованием метода или осаждения, или экстракции, является относительно чистым и главным образом содержит алюминий, например, примерно от 90% до 95% (без щелочноземельных элементов в случае осаждения). Выделение последнего может быть проведено жидкостной экстракцией, например, путем применения мембраны с полыми волокнами и экстрагирующего агента, который способен связывать в комплекс, по меньшей мере, по существу селективно, алюминий до других металлов и осадков. Например, бис(2,4,4-триметилпентил)фосфиновая кислота (также продаваемая под названием Cyanex™ 272) может быть применена в качестве экстрагирующего агента, специфического для алюминия. Например, этот экстрагирующий агент может быть использован в концентрации примерно 20% об./об. в органическом растворителе, таком как гептан. Соотношение между водной фазой и органической фазой может быть от примерно 1:1 до примерно 1:3. Например, температуры экстракции могут быть примерно 40°C и pH могут поддерживать на уровне от примерно 2,5 до примерно 3,5. Было отмечено, что такой метод делает возможным извлекать более чем 70-90% алюминия. После того как алюминий был захвачен органической фазой, его могут выделить в виде концентрата ионов Al³⁺ путем применения обратной экстракции. Например, обратная экстракция может быть проведена при температуре примерно 40°C хлористоводородной кислотой (например, с концентрацией 6 М). При этом условии более чем 90% алюминия может быть выделено. Затем Al³⁺ может быть преобразован в гидроксид алюминия Al(OH)₃ добавлением NaOH. В конечном счете Al(OH)₃ может быть преобразован в глинозем (оксид алюминия Al₂O₃) прокаливанием Al(OH)₃, например, при температуре от примерно 800°C до 1200°C.

Следующие неограничивающие примеры дополнительно иллюстрируют изобретение.

Примеры

Пример 1

Приготовление образца аргиллита

Измельчение аргиллита: Получающийся средний уровень очень тонкого измельчения, используемый для испытаний, заключается между 10 и 50 микронами.

Прокаливание: Измельченный аргиллит прокаливали, по меньшей мере, в течение 1 часа при температуре 600°C. Его средний состав был

Al₂O₃ 21,0% Fe₂O₃ 8,0% K₂O 1,5% Na₂O 0,9% TiO₂ 0,9% CaO 0,08% ZnO 0,06% SiO₂ 51,0%

Кислотное выщелачивание

500 г измельченного и прокаленного аргиллита добавляли к 5 литрам 6 М хлористоводородной кислоты. Затем смесь нагревали при 100°C - 110°C в течение 7 часов.

После осуществления взаимодействия жидкую часть отделяли от твердой части фильтрованием. Твердое вещество промывали дистиллированной водой, которую добавляли к жидкой части. Это промывание делает возможным выделить часть алюминия, удерживаемого в твердом веществе. Это твердое вещество имело сухую массу 345±5 г, что соответствует потере примерно в 30% - 32%.

Оставшуюся жидкую часть, содержащую алюминий, железо и большую часть примесей, изначально присутствующих в аргиллите, уменьшали выпариванием при температуре 100°C до 90% ее первоначального объема. Остаточный объем составлял тогда 50 мл. Жидкие составы до и после выпаривания были следующими:

  Выщелачивающий раствор Выпаренный выщелачивающий раствор Состав (%)
[концентрация (мг/л)] Состав (%)
[концентрация (мг/л)] Алюминий 47,63
[9250] 47,86
[59500] Железо 31,54
[6125] 31,07
[38625] Щелочноземельные металлы
(Na, Mg, K, Ca) 19,30
[3749] 19,53
[24277] Другие металлы 1,53
[297,3] 1,54
[1920]

Видно, что все виды ионов остаются растворимыми.

Удаление железа

Остаточный объем немного разбавляли (+25%) и добавляли концентрированный гидроксид натрия (10 М), пока не был достигнут pH более 11,5. Образовавшийся осадок отделяли от раствора обычным фильтрованием и промывали несколько раз разбавленным NaOH и горячей сверхчистой водой. Осадок содержал все железо и большинство металлических примесей. Фильтрат содержал, вдобавок к ионам Al³⁺, в основном щелочноземельные металлы и несколько следующих примесей:

  Основные примеси фильтрата
(%) Железо 0,14 Натрий 94,13 Щелочноземельные металлы
(Mg, K, Ca) 5,71 Другие металлы 0,02

Na⁺ попал из соды и был также Al(OH)₄ ^- противоион.

Выделение алюминия

Добавлением 6 М HCl к фильтрату корректируют pH 2,5-3,5. В получающемся растворе проводят экстракцию посредством комплексообразователя Cyanex 272 с концентрацией 20% об./об. в органическом растворителе с объемным соотношением 1:1. Экстракцию проводят при температуре 40°C в мембранном контактном фильтре с полыми волокнами. Менее чем за примерно 30-60 мин экстрагируется более чем 85% алюминия. Корректировку pH осуществляют по схеме регулирования контроля добавления NaOH (10 М). Связанный Al³⁺ в комплекс в Cyanex затем выделяют проведением обратной экстракции с помощью HCl (6 M) при 40°C и объемным соотношением органическая фаза/кислотная фаза 1:0,5. После обратной экстракции состав выделенной кислотной фазы представляет собой:

  Состав
(%) Алюминий 92,81 Железо 0 Щелочноземельные металлы
(Na, Mg, K, Ca) 7,14 Другие металлы 0,05

Чтобы повысить чистоту в процентах, ионы алюминия осаждают в виде Al(OH)₃ - гидроксида, затем промывают несколько раз сверхчистой водой. Состав гидроксида становится:

  Состав
(%) Алюминий 99,09 Железо 0 Щелочноземельные металлы
(Na, Mg, K, Ca) 0,88 Другие металлы 0,03

Дополнительное очищение может быть проведено путем рекристаллизации.

Хотя описание имеет отдельные ссылки на определенные варианты воплощения, будет понятно, что многочисленные модификации этого очевидны специалистам в области техники. Соответственно, вышеприведенное описание и прилагающиеся чертежи должны быть взяты как определенные примеры, а не в ограничивающем смысле.

Изобретение относится к способам извлечения алюминия путем экстракции ионов алюминия и/или железа из глиноземистых руд или смеси. Один способ включает выделение упомянутых ионов алюминия из состава, содержащего упомянутые ионы алюминия, упомянутые ионы железа, органический растворитель и экстрагирующий агент, способный образовывать металлоорганический комплекс, по существу, селективно с упомянутыми ионами железа или с упомянутыми ионами алюминия, который растворим в упомянутом органическом растворителе. Другой способ включает выщелачивание упомянутой руды кислотой для получения щелока и твердого осадка и удаление, по меньшей мере, части ионов железа, содержащихся в упомянутом щелоке, путем или по существу селективного осаждения упомянутой, по меньшей мере, части упомянутых ионов железа в щелочных условиях, при которых рН составляет, по меньшей мере, 10, или по существу селективного связывания в комплекс упомянутой, по меньшей мере, части упомянутых ионов железа с экстрагирующим агентом, способным образовывать металлоорганический комплекс. Еще один способ извлечения алюминия включает, по меньшей мере, частичное отделение ионов алюминия от ионов железа, входящих в состав, селективным осаждением, по меньшей мере, части упомянутых ионов железа в щелочных условиях, при которых рН составляет, по меньшей мере, 10. Обеспечивается снижение производственных затрат на извлечение алюминия. 7 н. и 45 з.п. ф-лы, 1 ил., 1 пр., 4 табл.

1. Способ извлечения алюминия из смеси, содержащей ионы железа и ионы алюминия, причем упомянутый способ включает выделение упомянутых ионов алюминия из состава, содержащего упомянутые ионы алюминия, упомянутые ионы железа, кислоту, органический растворитель и экстрагирующий агент, способный образовывать металлоорганический комплекс, по существу, селективно с упомянутыми ионами железа или с упомянутыми ионами алюминия, причем упомянутый экстрагирующий агент растворим в упомянутом органическом растворителе,
в котором, когда упомянутый экстрагирующий агент способен образовывать металлоорганический комплекс, по существу, селективно с упомянутыми ионами железа, упомянутый состав включает кислую водную фазу, содержащую упомянутые ионы алюминия и упомянутую кислоту, и органическую фазу, содержащую упомянутый органический растворитель и упомянутые ионы железа, связанные в комплекс с упомянутым экстрагирующим агентом, упомянутые ионы алюминия выделяют путем отделения упомянутой водной фазы от упомянутой органической фазы посредством мембраны на основе полых волокон и взаимодействия упомянутой отделенной водной фазы со щелочью,
и в котором, когда упомянутый экстрагирующий агент способен образовывать металлоорганический комплекс, по существу, селективно с упомянутыми ионами алюминия, упомянутый состав включает кислую водную фазу, содержащую упомянутые ионы железа и упомянутую кислоту, и органическую фазу, содержащую упомянутый органический растворитель и упомянутые ионы алюминия, связанные в комплекс с упомянутым экстрагирующим агентом, причем ионы алюминия выделяют путем отделения упомянутой водной фазы от упомянутой органической фазы посредством мембраны на основе полых волокон, взаимодействия упомянутой отделенной фазы с кислотой с получением другой водной фазы, содержащей упомянутые ионы алюминия, и другой органической фазы, отделения упомянутой другой водной фазы от упомянутой другой органической фазы и выделения упомянутых ионов алюминия в форме Al(ОН)₃ путем взаимодействия упомянутой другой водной фазы со щелочью.

2. Способ п.1, в котором упомянутый экстрагирующий агент способен образовывать металлоорганический комплекс, по существу, селективно с упомянутыми ионами железа.

3. Способ по п.2, в котором упомянутая кислая водная фаза имеет рН от примерно 1 до примерно 2,5.

4. Способ по п.2, в котором упомянутая кислая водная фаза имеет рН примерно 2.

5. Способ по п.2, в котором упомянутый экстрагирующий агент выбирают из ди-2-этилгексилфосфорной кислоты, бис(2,4,4-триметилпентил) фосфиновой кислоты и моно-2-этилгексилового эфира 2-этилгексилфосфоновой кислоты.

6. Способ по п.5, в котором упомянутый экстрагирующий агент выбирают из С₅-С₁₂алканов и их смесей.

7. Способ по любому одному из пп.2-6, в котором упомянутая водная фаза взаимодействует с упомянутым основанием, причем основание выбирают из NaOH, КОН или их смесей.

8. Способ по любому одному из пп.2-6, который дополнительно включает отделение фильтрованием для выделения упомянутых ионов алюминия в форме Al(ОН)₃.

9. Способ по п.8, который дополнительно включает превращение Al(ОН)₃ в Al₂O₃.

10. Способ по п.1, в котором упомянутый экстрагирующий агент способен образовывать металлоорганический комплекс, по существу, селективно с упомянутыми ионами алюминия.

11. Способ по п.10, в котором упомянутая кислая водная фаза имеет рН от примерно 2,5 до примерно 3,5.

12. Способ по п.10, в котором упомянутым экстрагирующим агентом является фосфиновая кислота или ее производное.

13. Способ по п.10, в котором упомянутым экстрагирующим агентом является бис(2,4,4-триметилпентил) фосфиновая кислота.

14. Способ по п.12, в котором упомянутый органический растворитель выбирают из С₅-С₁₂алканов и их смесей.

15. Способ по п.10, в котором упомянутую отделенную органическую фазу приводят во взаимодействие с HCl для получения другой водной фазы, содержащей ионы алюминия, и другой органической фазы.

16. Способ по п.10, в котором упомянутую другую водную фазу обрабатывают упомянутым основанием, чтобы получить рН, по меньшей мере, примерно 4.

17. Способ по любому одному из пп.10-16, при этом упомянутый способ дополнительно включает разделение фильтрованием, чтобы получить Al(ОН)₃.

18. Способ по любому одному из пп.10-16, в котором упомянутый способ дополнительно включает превращение Al(ОН)₃ в Al₂O₃.

19. Способ по п.18, в котором упомянутую отделенную органическую фазу приводят во взаимодействие с HCl для получения другой водной фазы, содержащей упомянутые ионы алюминия, и другой органической фазы.

20. Способ извлечения алюминия путем отделения, по меньшей мере, частично, ионов алюминия от ионов железа, входящих в состав, содержащий ионы алюминия и ионы железа, причем упомянутый способ включает, по существу, селективное осаждение, по меньшей мере, части упомянутых ионов железа в щелочных условиях, при которых рН составляет, по меньшей мере, 10, и очищение осажденной, по меньшей мере, части ионов железа посредством мембраны с полыми волокнами.

21. Способ извлечения алюминия из глиноземистой руды, при этом упомянутый способ включает
- выщелачивание упомянутой глиноземистой руды кислотой с получением щелока и твердого осадка и отделение упомянутого щелока от упомянутого твердого осадка;
- удаление, по меньшей мере, части ионов железа, содержащихся в упомянутом щелоке, путем взаимодействия упомянутого щелока с основанием для того, чтобы получить рН, по меньшей мере 10, и, по существу, селективного осаждения упомянутой, по меньшей мере, части упомянутых ионов железа и отделения упомянутой осажденной, по меньшей мере, части упомянутых ионов железа от упомянутого щелока с получением обогащенного ионами алюминия состава.

22. Способ по п.21, в котором упомянутой кислотой, используемой для выщелачивания, является HCl.

23. Способ по п.22, в котором HCl находится при температуре, по меньшей мере, 80°С.

24. Способ по любому одному из пп.21-23, в котором указанные ионы железа, по существу, селективно осаждают в присутствии основания, содержащего NaOH, KOH или их смеси.

25. Способ по любому одному из пп.21-23, в котором упомянутый рН в течение указанного осаждения ионов железа составляет от примерно 10,5 до примерно 11,5.

26. Способ по любому одному из пп.21-23, в котором упомянутый рН в течение указанного осаждения ионов железа составляет от примерно 10,8 до примерно 11,2.

27. Способ по любому одному из пп.21-23, в котором упомянутый рН в течение указанного осаждения ионов железа составляет от примерно 11,5 до примерно 12,5.

28. Способ по любому одному из пп.21-23, в котором упомянутый рН в течение указанного осаждения ионов железа находится между 10 и 11.

29. Способ извлечения алюминия из глиноземистой руды, включающий
- выщелачивание упомянутой глиноземистой руды кислотой с получением щелока и твердого осадка и отделение упомянутого щелока от упомянутого твердого осадка,
- удаление, по меньшей мере, части ионов железа, содержащихся в упомянутом щелоке, путем взаимодействия упомянутого щелока с основанием для того, чтобы получить рН, по меньшей мере 10, и, по существу, селективного осаждения упомянутой осажденной, по меньшей мере, части упомянутых ионов железа и отделения упомянутой, по меньшей мере, части упомянутых ионов железа от упомянутого щелока с получением обогащенного алюминием состава,
- по меньшей мере, частичное выделение указанных ионов алюминия, присутствующих в указанном составе, обогащенном ионами алюминия, обработкой указанного состава, обогащенного ионами алюминия, экстрагирующим агентом, способным образовывать металлоорганический комплекс, по существу, селективно с указанными ионами алюминия в присутствии органического растворителя и кислотного раствора для образования композиции, содержащей кислотную водную фазу, содержащую ионы алюминия, и органическую фазу, содержащую ионы железа, связанные в комплекс с указанным экстрагирующим агентом, причем указанные ионы алюминия отделением указанной водной фазы от указанной органической фазы.

30. Способ по п.29, в котором упомянутая водная фаза имеет рН от примерно 2,5 до примерно 3,5.

31. Способ по п.29 или 30, в котором упомянутым экстрагирующим агентом является фосфиновая кислота или ее производное.

32. Способ по п.29 или 30, в котором упомянутым экстрагирующим агентом является бис(2,4,4-триметилпентил) фосфиновая кислота.

33. Способ по любому из пп.29 или 30, в котором упомянутой кислотой, используемой для выщелачивания, является HCl.

34. Способ по п.33, в котором HCl находится при температуре, по меньшей мере, 80°С.

35. Способ по п.29 или 30, в котором указанные ионы железа, по существу, селективно осаждают в присутствии основания, содержащего NaOH, KOH или их смеси.

36. Способ по п.29 или 30, в котором упомянутый рН в течение указанного осаждения ионов железа составляет от примерно 10,5 до примерно 11,5.

37. Способ по п.29 или 30, в котором упомянутый рН в течение указанного осаждения ионов железа составляет от примерно 10,8 до примерно 11,2.

38. Способ по п.29 или 30, в котором упомянутый рН в течение указанного осаждения ионов железа составляет от примерно 11,5 до примерно 12,5.

39. Способ по п.29 или 30, в котором упомянутый рН в течение указанного осаждения ионов железа находится между 10 и 11.

40. Способ извлечения алюминия из глиноземистой руды - аргиллита, включающий
- выщелачивание указанного аргиллита с помощью НСl с получением щелока и твердого осадка и отделение упомянутого щелока от упомянутого твердого осадка,
- по меньшей мере, частичное извлечение железа из указанного щелока, по существу, селективным осаждением ионов железа путем добавления основания с получением состава, обогащенного алюминием, или путем, по существу, селективного связывания в комплекс ионов железа с экстрагирующим агентом, и
- возможную очистку с помощью мембраны на основе полых волокон или жидкостной экстракции указанного состава, обогащенного алюминием в результате добавления основания для, по существу, селективного осаждения ионов алюминия.

41. Способ по п.40, в котором указанные ионы железа, по существу, селективно осаждают в присутствии основания, содержащего NaOH, KOH или их смеси.

42. Способ по п.40 или 41, в котором упомянутый рН в течение указанного осаждения ионов железа составляет от примерно 10,5 до примерно 11,5.

43. Способ по п.40 или 41, в котором упомянутый рН в течение указанного осаждения ионов железа составляет от примерно 10,8 до примерно 11,2.

44. Способ по п.40 или 41, в котором упомянутый рН в течение указанного осаждения ионов железа составляет от примерно 11,5 до примерно 12,5.

45. Способ по п.40 или 41, в котором упомянутый рН в течение указанного осаждения ионов железа находится между 10 и 11.

46. Способ по п.40, в котором упомянутой кислотой, используемой для выщелачивания, является HCl.

47. Способ по п.40, в котором HCl находится при температуре, по меньшей мере, 80°С.

48. Способ получения оксида алюминия, включающий получение ионов алюминия способом по одному из пп.1-47 и превращение указанных ионов алюминия в оксид алюминия.

49. Способ по п.48, в котором ионы алюминия превращают в оксид алюминия путем нагревания Al(ОН)₃ при температуре от примерно 800°С до примерно 1200°С.

50. Способ получения алюминия, включающий получение оксида алюминия способом по п.48 или 49 и превращение указанного оксида алюминия в алюминий.