Результат интеллектуальной деятельности: СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ ГЛИНОЗЕМА

Изобретение относится к металлургии, в частности к кислотным способам получения глинозема, и может быть использовано при переработке низкосортного алюминийсодержащего сырья.

Известен способ получения глинозема из высококремнистых бокситов через солянокислотное выщелачивание, включающий обжиг алюминийсодержащего сырья при температуре до 700°C, обработку его соляной кислотой, высаливание хлорида алюминия путем насыщения осветленного хлоридного раствора газообразным хлористым водородом, кальцинацию хлорида алюминия для получения оксида алюминия и пирогидролиз маточного раствора с возвратом хлористого водорода на стадии кислотной обработки и высаливания (Eisner D., Jenkins D.H. and Sinha H.N. Alumina via hydrochloric acid leaching of high silica bauxites - process development. Light metals, 1984, p. 411-426).

Согласно этому способу шестиводный хлорид алюминия выделялся из раствора путем высаливания газообразным хлористым водородом, однако содержание фосфора в конечном продукте в 1,5 раза превышало допустимые для металлургического глинозема пределы.

К недостаткам данного способа следует также отнести необходимость получения сухого газообразного хлористого водорода на последующих переделах технологии для возврата его на передел высаливания, что в ряде случаев усложняет процесс и повышает расход тепловой энергии.

Наиболее близким к заявленному способу является солянокислотный способ получения глинозема путем кислотной обработки предварительно обожженного сырья, выпаривания осветленного хлоридного раствора с кристаллизацией гексагидрата хлорида алюминия (AlCl₃·6H₂O) с последующей кальцинацией его до оксида, который ввиду значительного содержания железа и других примесей (за исключением кремния) назван авторами «черновым глиноземом» (Справочник металлурга по цветным металлам. Производство глинозема. М:. Металлургия, 1970, С. 236-237). Далее этот промежуточный продукт перерабатывался по традиционной щелочной схеме Байера для удаления железа, фосфора, прочих примесей и получения глинозема металлургического качества.

Однако при кристаллизации AlCl₃·6H₂O из раствора, содержащего хлориды железа и других примесных металлов, а также фосфор, практически невозможно обеспечить высокую чистоту целевого продукта. Поэтому приходится растворять в воде и переосаждать гексагидрат хлорида алюминия, что приводит к необходимости расходовать тепловую энергию на упаривание дополнительно введенной в цикл воды.

К недостаткам данного способа получения глинозема относятся также сложность технологической схемы, общие высокие энергозатраты при ее реализации, попадание хлоридов из кислотного цикла в щелочной и связанные с этим дополнительные потери щелочи, достигавшие 36-37 кг/т глинозема. По перечисленным причинам этот способ не нашел применения в промышленности.

В основу изобретения положена задача, заключающаяся в разработке способа получения металлургического глинозема из низкосортного сырья, позволяющего перерабатывать бедные высококремнистые руды и отходы.

Техническим результатом является повышение качества глинозема и снижение энергозатрат.

Достижение вышеуказанного технического результата достигается тем, что в способе получения глинозема, включающем обработку низкосортного алюминийсодержащего сырья соляной кислотой, кристаллизацию гексагидрата хлорида алюминия путем выпаривания осветленного хлоридного раствора, термическое разложение гексагидрата хлорида алюминия с образованием глинозема, кристаллизацию ведут с добавлением хлорида кальция при отношении массы хлорида кальция к расчетной массе глинозема в осветленном растворе, равном 2-4, в присутствии затравочных кристаллов гексагидрата хлорида алюминия со средним размером частиц 250-500 мкм.

Ведение кристаллизации с добавлением хлорида кальция при отношении массы хлорида кальция к расчетной массе глинозема в осветленном растворе, равном 2-4, в присутствии затравочных кристаллов гексагидрата хлорида алюминия со средним размером частиц 250-500 мкм позволяет управлять ростом кристаллов и предупреждать попадание фосфора в гексагидрат хлорида алюминия и далее в глинозем.

Способ получения глинозема осуществляется следующим образом.

Осветленный раствор хлорида алюминия после выщелачивания природного алюминийсодержащего сырья соляной кислотой, отделения нерастворимого осадка и предварительной упарки до стадии насыщения с концентрацией около 30% по AlCl₃ смешивают с 50-70-процентным раствором CaCl₂ (700-900 г/л) из расчета дальнейшего снижения концентрации его в смешанном растворе ниже 30-40%. Кристаллизацию ведут в присутствии затравочных кристаллов гексагидрата хлорида алюминия крупностью 250-500 мкм, продолжая упаривание и поддерживая скорость выделения соли, обеспечивающую необходимую крупность продукционных кристаллов. Процесс кристаллизации заканчивают после увеличения концентрации CaCl₂ в маточном растворе до исходного уровня 700-900 г/л и снижения содержания Al₂O₃ до 5-10 г/л. При этом с солью выделяется более 90% Al₂O₃, поступившего в процесс. Полученную пульпу разделяют, маточный раствор возвращают в голову процесса, а кристаллы гексагидрата хлорида алюминия направляют на получение глинозема методом термического разложения.

Способ получения глинозема иллюстрируется конкретными примерами.

Пример 1. Каолиновую глину с содержанием основных компонентов, %: Al₂O₃ 36,4; SiO₂ 45,3; Fe₂O₃ 0,78; TiO₂ 0,51; CaO 0,96; MgO 0,49; P₂O₅ 0,12, обработали 20-процентным раствором соляной кислоты при Ж:Т=4:1 в условиях перемешивания при 110-115°C в течение 3 ч. По окончании процесса полученную пульпу отфильтровали. Осветленный хлоридный раствор упарили в колбе до содержания AlCl₃ 31% и постепенно вливали нагретый 60-процентный раствор хлорида кальция до начала выделения кристаллов гексагидрата хлорида алюминия и добавили затравочные кристаллы размером 250-500 мкм от предыдущих опытов в количестве, равном двукратной расчетной массе AlCl₃·6H₂O, введенного в процесс с осветленным хлоридным раствором, продолжая упаривание в течение 1 ч. Полученные кристаллы промыли 38-процентной соляной кислотой на фильтре и прокалили при 1000°C. Содержание P₂O₅ в полученном глиноземе составило менее 0,001%, а средний размер частиц продукта составил 82,3 мкм. Это полностью отвечает требованиям к металлургическому глинозему.

Пример 2. Опыт повторили в тех же условиях, но без введения в процесс хлорида кальция. Содержание P₂O₅ в полученном глиноземе составило 0,004%, а средний размер частиц продукта составил 71,2 мкм, то есть имеет место несоответствие требованиям по содержанию примесей.

Пример 3. Опыт повторили в условиях примера 1, но в качестве затравки ввели кристаллы гексагидрата хлорида алюминия размером 100-250 мкм. Содержание P₂O₅ в полученном глиноземе составило менее 0,002%, а средний размер частиц продукта составил 52,2 мкм, то есть имеет место несоответствие требованиям к гранулометрическому составу.

Сравнительная оценка показала, что заявляемый способ позволяет экономить до 36% тепловой энергии по сравнению с прототипом.