Переработка нефелиновых сиенитов месторождения Турпи Республики Таджикистан методом спекания

Мирзоев Бодур,

кандидат химических наук,

Мирзоев Парвиз Бодурович,

аспирант Таджикского технологического университета,

Очилдиева Мавзуна.

ГНУ «Научно-исследовательский институт промышленности» Министерства промышленности и новых технологий Республики Таджикистан.

Исследованы вопросы получения глинозема из нефелиновых сиенитов месторождения Турпи Республики Таджикистан способом спекания с дополнительными добавками – кальцинированной соды, флюорита и угля по следующим параметрам: влияние температуры, продолжительности процесса спекания и массового соотношения компонентов на извлечение Al₂O₃ в составе спека. Найден оптимальный режим по параметрам: температура выщелачивания, продолжительность выщелачивания, концентрация NaOH, размер частиц измельченного сырья, соотношение Ж:Т, при которых степень извлечения глинозема достигает уровня 90%.

Ключевые слова: глинозем, нефелиновые сиениты, способ спекания и выщелачивание спека алюмосодержащего сырья.

Нефелиновые сиениты месторождения Турпи по минералогическому составу представлены лепидомелановым, лепидомелан – амфиболовым, либенеритовым канкринитовым и переходными разновидностями (1). Характерной особенностью этих руд является низкое содержание оксида алюминия и высокое – оксидов кремния, железа и других примесей. Экономически эффективную переработку этих сиенитов щелочным способом Байера осуществить невыгодно. По химическому и минералогическому составу нефелиновые сиениты являются комплексным сырьем, из которого можно получить ценные продукты: глинозем, соду, поташ, цемент, коагулянт, жидкое стекло и пегматит для производства фарфора и др.

В настоящее время существуют несколько способов переработки высококремнистых алюминиевых руд: щелочной, кислотный, термический, комбинированный, метод спекания и др. Как известно, способ спекания может применяться к любому высококремнистому алюминиевому сырью. Поэтому нами были проведены исследования нефелиновых сиенитов месторождения Турпи на предмет извлечения глинозема методом спекания. Эти руды имеют примерно следующий химический состав, %: 21,5 - 22,5 - Al₂O₃; 53,0 - 54,0 - SiO₂ ; 4,5 – Fe₂O₃; 5,5 - 6,5 - Na₂O; 6,6 – 7,6 - K₂O₃; 2,5 - 3,5 - СаO и прочие примеси.

Нами проведен ряд экспериментов, и изучен процесс получения глинозема из этого сырья способом спекания с дополнительными добавками – кальцинированной соды, флюорита и угля по следующим параметрам: влияние температуры, продолжительности процесса спекания и массового соотношения компонентов на извлечение Al₂O₃ в составе спека. На рис 1. представлены результаты исследований влияния температуры (1) и продолжительности процесса спекания (2). Как видно, в интервале температур 700 - 950^оС степень извлечения оксида алюминия возрастает от 20 до 92,8 %. При продолжительности процесса спекания 60 - 70 мин. и повышения температуры скорость взаимодействия веществ, находящихся в составе шихты, возрастает. Повышение температуры выше 960 ^ОС не целесообразно. Далее изучили степень извлечения Al₂O₃ в составе шихты (рис.2) в зависимости от массового соотношения компонентов:

М нефелин  :   М Na₂CO₃  :   М Сa F₂  :  М С

___________________________________________

1                         1,5                 2,5            0,2

Рис. 1. Зависимость степени извлечения глинозема из сырья способом спекания с дополнительными добавками - кальцинированной соды, флюорита и угля от температуры (1), продолжительности процесса спекания (2).

Рис. 2. Зависимость степени извлечения глинозема из сырья способом спекания от массового соотношения компонентов - добавок: (а) – нефелинового сиенита, (б) – кальцинированной соды, (в) – флюорита и (г) – угля.

Таким образом, меньшие или излишние добавки CaF₂ в шихте приводит к снижению извлечения Al₂O₃ и не полного образования фтористого солей в процессе спекания. При этом наличие добавки CaF₂ во флюорите служит для образования SiO₂ и нерастворимого двухкальциевого силиката, который является источником фтора для образования фторсолей. При изучении физико - химического состава выявлено, что полученный спек имеет сложный химический и фазовый состав из которых основными составляющими соединениями являются: Na₂O·A1₂O₃ · SiO₂; CaO·A1₂O₃·2SIO₂; СaO· FeO ·2 SIO₂ и NaF. Полученный спёк в оптимальных условиях шихты дробился в лабораторной щековой дробилке и пропускался через сит размеров 0,1 – 0,5 мм и подвергался выщелачиванию 10% раствором NaOH. Как известно из литературных данных, при выщелачивание полученного спека с раствором NaOH протекает примерно следующая химическая реакция:

Na₂O·Al₂O₃·SiO₂+2NaOH =Na₂O·Al₂O₃ +Na₂SiO₃ + H₂O,

в результате чего при растворении алюмината натрия и протекания реакции происходит извлечение ценных компонентов, входящих в состав спека, в раствор. При выщелачивании спека рис. 3 был изучен температурный режим от 30 до 95^оС (рис.3а), продолжительность выщелачивания (рис.3б). При этом неизменными факторами являлись температура выщелачивания 95^оС, концентрация 100 г/л и крупность частиц 0,2 мм и менее. Установлено, что с увеличением этих параметров выше оптимальных режимов степень извлечения Al₂O₃ возрастает незначительно, также быль найден оптимальный вариант проведения эксперимента: температура выщелачивания: 95^оС; концентрация NaOH: 100 г/л; продолжительность выщелачивания: 110 -120 мин.; размер частиц: 0,1 - 0,2 мм; соотношение Ж:Т: 5:1.

Рис. 3. Зависимость степени извлечения Al₂O₃ от температуры (а) и продолжительности процесса выщелачивания (б).

Как видно из рис 4а, с ростом концентрации щелочи до 100 г/л степень извлечения глинозема возрастает до 90 %, а при дальнейшем увеличении – не достигается нужного предела.

По результатам исследований можно сделать вывод, что наиболее оптимальным по извлечению Al₂O₃ (90%) является соотношение жидкости к твердой фазе в пульпе 5:1 (рис. 4б).

Рис. 4. Зависимость степени извлечения Al₂O₃ от концентрации NaOH, г/л (а) и соотношения Ж:Т (б).

В заключении можно сделать вывод, что целесообразно вести комплексную переработку местных низкоалюмосодержащих руд, так как она безотходна и при этом получаем глиноземный концентрат и другие побочные продукты промышленного назначения: клинкер для цемента, сырье для производства фарфора, коагулянта и т.п.

Литература

1.                  Запольский А.К. Сернокислотная переработка высококремнистого алюминиевого сырья - Киев: Наукова думка, 1981. - 208 с.

2.                  Данциг С. Я, Заболоцкий Н.К. Изучение вещественного состава и технологическое опробование двух проб нефелинов содержащих пород месторождения Турпи.- Л: ВАМИ, 1961.- С. 153-167.

3.                   Мирзоев Б. Запольский А.К., Каюмов А., Сафиев Х. Исследование вскрываемости нефелиновых сиенитов Турпинского месторождения Тадж. ССР // Тезисы докл. Республ. Научно-практ. конф. молодых ученых и специалистов. - Душанбе, 1984. ч. 2, -С. 91 - 92.

4.                  AC 1633748 CCСР. Способ переработки алюминийсодержащего сырья / Мирзоев Б., Сафиев Х. Запольский А.К., Мирсаидов У. - 1983.

Поступила в редакцию 12.08.2014 г.