RU2847090C1 - Способ получения гидроксида алюминия из отходов углеобогащения - Google Patents

Abstract

Изобретение относится к химической промышленности и может быть использовано для получения гидроксида алюминия, используемого в качестве сырья для алюминиевой промышленности. Способ включает выщелачивание кислотой, фильтрацию раствора и выделение оксида алюминия, при этом в качестве исходного сырья используют отходы углеобогащения, осаждение гидроксидов металлов из растворов после выщелачивания отходов углеобогащения кислотой проводят при постепенном добавлении 25%-ного гидроксида аммония и перемешивании со скоростью 1500 об/мин, поддерживая температуру 25°С и доводя до рН 8,5, после чего полученный осадок отфильтровывается и промывается дистиллированной водой до рН 7 с последующим его растворением при перемешивании со скоростью 1500 об/мин в избытке 30%-ного гидроксида натрия в течение 1 ч в соотношении Т:Ж = 1:2, далее осадок отфильтровывается и промывается до нейтральной реакции среды, промывные воды смешиваются с щелочным раствором, через полученный алюминийсодержащий щелочной раствор пропускается углекислый газ под контролем кислотности среды до рН 7,5-8, после чего выпавший осадок отфильтровывается, промывается дистиллированной водой, сушится при 105°С до постоянной массы. Технический результат - получение гидроксида алюминия из растворов после выщелачивания отходов углеобогащения в виде товарного продукта с содержанием основного вещества не менее 99%. 4 ил., 2 пр.

Description

Изобретение относится к химической промышленности и может быть использовано для получения гидроксида алюминия, используемого в качестве сырья для алюминиевой промышленности.

В связи с постепенным истощением запасов природных полезных ископаемых, с одной стороны, и накоплением огромного количества отходов, содержащих ценные компоненты, с другой, все большую актуальность приобретает проблема разработки технологии их извлечения. Одной из отраслей промышленности, испытывающей сырьевой голод, является производство алюминия, так как российская промышленность за счет собственных сил, может покрыть только 60% расходов, остальные 40% приходится закупать в других странах. При этом зольные отходы обогащения угля и ЗШО могут использоваться для получения алюминия бесплатно. Для извлечения соединений алюминия из золы применяют технологии, используемые для получения глинозема из бокситов, а именно щелочное и кислотное выщелачивание.

Известен способ получения активной окиси алюминия (авторское свидетельство №120838, МПК C01F 7/34, опубл. 01.01.1959), включающий получение активной окиси алюминия из алюминийсодержащего материала путем осаждения гидрокиси алюминия щелочью, в качестве алюминийсодержащего материала применяют 5/6 оксихлорид алюминия или смесь его с алюминатом натрия.

Недостатками данного способа являются ограниченность сырьевой базы для получения активной окиси алюминия.

Известен способ комплексной переработки золы от сжигания углей (патент РФ №2605987, МПК B09B 3/00, C01B 33/12, опубл. 10/01/2017, бюл. №1), включающий шихтовку золы с дополнительными реагентами, спекание, выщелачивание спека, разделение фаз, обескремнивание раствора, выделение алюминия из раствора.

Недостатками данного способа являются высокая температура процесса спекания, а также затраты энергии на выполнение операции магнитной сепарации.

Наиболее близким по технической сущности является способ извлечения алюминия, кальция и редкоземельных металлов из красных шламов глиноземных производств (патент РФ № 2034066, МПК C22B 21/00 (1995.01), C22B 26/20 (1995.01), C22B 59/00 (1995.01), C01F 7/02 (1995.01), опубл. 30.04.1995), включающий выщелачивание кислотой, фильтрацию раствора и разделение целевых продуктов. Выщелачивание проводят с использованием в качестве выщелачивающего реагента жидких карбоновых кислот жирного ряда с числом атомов углерода в молекуле более 5 или их смеси при массовом соотношении сухой твердой и жидкой фаз 1:(7-10) при 30-80°С в течение 0,5-5,0 ч.

Недостатками данного способа являются низкая реакционная способность карбоновых кислот, которые не могут извлечь алюминий из устойчивых соединений, таких как алюмосиликаты или оксид алюминия, из которых состоят красные шламы, их высокая стоимость, что не позволит осуществлять процесс в промышленных масштабах, а также необходимость применения нагревания на этапе выщелачивания.

Техническим результатом настоящего изобретения является получение гидроксида алюминия из растворов после выщелачивания отходов углеобогащения в виде товарного продукта с содержанием основного вещества не менее 99%.

Указанный технический результат достигается тем, способ получения гидроксида алюминия из отходов углеобогащения, включающий выщелачивание кислотой, фильтрацию раствора и выделение оксида алюминия, согласно заявленному изобретению, в качестве исходного сырья используют отходы углеобогащения, осаждение гидроксидов металлов из растворов после выщелачивания отходов углеобогащения кислотой проводят при постепенном добавлении 25%-ного гидроксида аммония и перемешивании со скоростью 1500 об/мин, поддерживая температуру 25°С и доводя до рН 8,5, после чего полученный осадок отфильтровывается и промывается дистиллированной водой до рН 7 с последующим его растворением при перемешивании со скоростью 1500 об/мин в избытке 30%-ного гидроксида натрия в течение 1 ч в соотношении Т:Ж = 1:2, далее осадок отфильтровывается и промывается до нейтральной реакции среды, промывные воды смешиваются с щелочным раствором, через полученный алюминийсодержащий щелочной раствор пропускается углекислый газ под контролем кислотности среды до рН 7,5-8, после чего выпавший осадок отфильтровывается, промывается дистиллированной водой, сушится при 105°С до постоянной массы.

Заявленное изобретение поясняется таблицами и фигурой, где в таблице 1 указан химический состав исходных отходов углеобогащения, в таблице 2 представлен химический состав фильтрата после выщелачивания гранул отходов углеобогащения, в таблице 3 представлены результаты рентгенофазового анализа образца продукта, пригодного для использования в качестве сырья для алюминиевой промышленности после пересчета на гидроксид, на фигуре 1 приведена схема осуществления способа.

Заявляемый способ осуществляется следующим образом.

Высушенные до постоянной массы отходы углеобогащения коксующихся углей Кузбасса, взятые с АО ЦОФ «Березовская» (пгт. Березовский), измельчают на щековой дробилке и истирают на пальчиковом истирателе до крупности менее 0,2 мм. Измельченный отход гранулируют в барабанном грануляторе с помощью 65%-ной серной кислоты, затем гранулы подвергают обжигу в течение 1 ч при температуре 400°С и подвергают перколяционному выщелачиванию раствором серной кислоты с концентрацией 5 г/л в соотношении со скоростью 2 капли/минуту. Полученный фильтрат (таблица 2) (400 мл) при постепенном добавлении 25%-ного гидроксида аммония и перемешивании со скоростью 1500 об/мин доводят до рН 8,5, поддерживая температуру 25°С. Полученный осадок отфильтровывается и промывается дистиллированной водой до рН 7. Осадок растворяется при перемешивании со скоростью 1500 об/мин в растворе гидроксида натрия с концентрацией 30% в течение 1 ч в соотношении Т:Ж = 1:2 для перевода Al(OH)₃ в раствор в виде Na[Al(OH)₄]. Для осуществления процесса должна быть использована пластиковая посуда. Осадок отфильтровывается и промывается до нейтральной реакции среды. Промывные воды смешиваются c щелочным раствором. Через полученный алюминийсодержащий щелочной раствор пропускается углекислый газ из аппарата Киппа под контролем кислотности среды. Реакция Na[Al(OH)₄] + CO₂ → Al(OH)₃↓ + NaHCO₃ считается законченной при рН 7,5-8. Выпавший осадок отфильтровывается, промывается дистиллированной водой, сушится при 105°С до постоянной массы. Полученный осадок, согласно анализу химического состава (табл. 3), состоит из компонентов в следующем соотношении (мас.%): Al(OH)₃ - 99,7, NaHCO₃ - 0,3. Вследствие чего можно сделать вывод, что осадок представляет собой гидроксид алюминия с содержанием основного вещества не менее 99%.

Гидроксида аммония выбран в качестве осадителя главным образом потому, что он не взаимодействует с Al(OH)₃ в отличие от гидроксида натрия, что дает возможность исключить потери гидроксида алюминия из осадка. Кроме того, гидроксид аммония дешевле других гидроксидов и его примеси легко удаляются из системы. Таким образом, из вышесказанного следует, что выгоднее вести процесс с повышением pH сразу до 8,5 с последующим разделением гидроксидов алюминия и железа. Согласно химическим свойствам гидроксидов железа и алюминия, их можно разделить с помощью щелочи, так как гидроксид алюминия амфотерный, гидроксид железа нет. Наиболее доступным и дешевым сырьем для проведения данного процесса является гидроксид натрия.

Пример 1. Исходное сырье - отходы углеобогащения коксующихся углей Кузбасса, взятые с АО ЦОФ «Березовская» пгт. Березовский, химический состав которых представлен в таблице 1. 100 г отходов предварительно подвергались гранулированию, сульфатизирующему обжигу и выщелачиванию. 400 мл полученного после выщелачивания фильтрата смешивали с 25%-ным гидроксидом аммония (скорость 0,5 мл/мин). Процесс осуществлялся при перемешивании со скоростью 1500 об/мин, реакцию считали законченной при рН 8,5. Температура процесса 25°С. Полученный осадок отфильтровывали и промывали дистиллированной водой до рН 7. Масса осадка 25 г. Осадок растворяли при перемешивании в со скоростью 1500 об/мин в растворе гидроксида натрия с концентрацией 30% в течение 1 ч в соотношении Т:Ж = 1:2 для перевода Al(OH)₃ в раствор в виде Na[Al(OH)₄]. Осадок отфильтровывался, промывался до нейтральной реакции среды. Промывные воды смешивались c щелочным раствором. Через полученный алюминийсодержащий щелочной раствор (100 мл) пропускался углекислый газ из аппарата Киппа под контролем кислотности среды. Заканчивали реакцию при рН 7,5-8. Выпавший осадок отфильтровывали, промывали дистиллированной водой, сушили при 105°С. Масса полученного осадка составила 13,92 г.

Пример 2. Исходное сырье - отходы углеобогащения коксующихся углей Кузбасса, взятые с АО ЦОФ «Березовская» пгт. Березовский, химический состав которых представлен в таблице 1. 100 г отходов предварительно подвергались гранулированию, сульфатизирующему обжигу и выщелачиванию. 400 мл полученного после выщелачивания фильтрата смешивали с 25%-ным гидроксидом аммония (скорость 0,5 мл/мин). Процесс осуществляелся при перемешивании со скоростью 1500 об/мин, реакцию считали законченной при рН 8,5. Температура процесса 25°С. Полученный осадок отфильтровывали и промывали дистиллированной водой до рН 7. Масса осадка 25 г. Осадок растворяли при перемешивании в со скоростью 1500 об/мин в растворе гидроксида натрия с концентрацией 30% в течение 1 ч в соотношении Т:Ж = 1:2 для перевода Al(OH)₃ в раствор в виде Na[Al(OH)₄]. Осадок отфильтровывался, промывался до нейтральной реакции среды. Промывные воды смешивались c щелочным раствором. К полученному алюминийсодержащему щелочному раствор (100 мл) добавляли 300 мл насыщенного раствора карбоната натрия для осуществления реакции 2Na[Al(OH)₄] + (NH₄)₂CO₃ = 2Al(OH)₃ ↓+ Na₂CO₃ + 2NH₃ + 2H₂O. Выпавший осадок отфильтровывали, промывали дистиллированной водой, сушили при 105°С. Масса полученного осадка составила 9,34 г.

Таким образом, разработанный способ получения гидроксида алюминия из отходов углеобогащения позволяет получить товарный продукт с содержанием основного вещества не менее 99%, что в свою очередь позволяет перерабатывать скопившиеся большие объемы отходов углепереработки, несущие высокую антропогенную нагрузку на окружающую среду, и получать продукт, пригодный для использования в производстве алюминия.

Claims (1)

1. Способ получения гидроксида алюминия из отходов углеобогащения, включающий выщелачивание кислотой, фильтрацию раствора и выделение оксида алюминия, отличающийся тем, что в качестве исходного сырья используют отходы углеобогащения, осаждение гидроксидов металлов из растворов после выщелачивания отходов углеобогащения кислотой проводят при постепенном добавлении 25%-ного гидроксида аммония и перемешивании со скоростью 1500 об/мин, поддерживая температуру 25°С и доводя до рН 8,5, после чего полученный осадок отфильтровывается и промывается дистиллированной водой до рН 7 с последующим его растворением при перемешивании со скоростью 1500 об/мин в избытке 30%-ного гидроксида натрия в течение 1 ч в соотношении Т:Ж = 1:2, далее осадок отфильтровывается и промывается до нейтральной реакции среды, промывные воды смешиваются с щелочным раствором, через полученный алюминийсодержащий щелочной раствор пропускается углекислый газ под контролем кислотности среды до рН 7,5-8, после чего выпавший осадок отфильтровывается, промывается дистиллированной водой, сушится при 105°С до постоянной массы.