С.А.Сагарунян, А.Г.Арустамян, Э.С.Агамян, А.М.Аракелян, А.С.Cагарунян
Институт общей и неорганической химии им. академика Манвеляна НАН РА

Известно, что в процессе обработки металлического алюминия и его сплавов образуются неизбежные отходы (стружка, куски, литейные шлаки, отходы фольги), которые плавят в электролизных ваннах близлежащих алюминиевых заводов.

При отсутствии поблизости алюминиевых заводов плавку указанных отходов проводят в специальных литейных печах. При этом металлическая часть алюминия отделяется от отходов и используется, а остаток, в котором содержание алюминия составляет примерно 15-20%, а иногда и больше, выбрасывается.

Существует способ переработки указанных отходов [1], при котором их обрабатывают раствором каустической соды, концентрации 70-80 г∙дм^-3 при температуре 60-80 ºС. В этом процессе металлическая часть алюминия растворяется, получается алюминат натрия. Образующийся при этом кек, содержащий в своем составе оксид алюминия, спекают с содой при 1100-1200 ºС, а спек выщелачивают и получают алюминат натрия.

Полученные в обоих стадиях алюминаты натрия объединяют и по известной технологии перерабатывают на глинозем. Хотя в этих процессах была достигнута высокая степень извлечения алюминия, однако этот способ применять экологически не выгодно, так как вторую стадию переработки проводили при высоких температурах, кроме этого получали технический глинозем.

Целью настоящей работы является переработка указанных отходов при экономически выгодных и экологически чистых условиях. Для получения оксида алюминия особой чистоты, пригодной для применения в оптическом стекловарении, волоконной оптике, в производстве алюминия высокой степени чистоты (A995), специальных видов керамики, в качестве носителя катализаторов и других направлениях, были проведены следующие исследования.

В 700 мл раствора каустической соды (концентрации 145 г∙дм^-3), находящегося в автоклаве, добавляли 40 г отхода алюминиевой фольги.

Среднее содержание компонентов в отходе составляло в (мас.%): Al₂O₃ - 14.5; Al - 82.5; Fe₂O₃ - 2.1; SiO₂ - 1.0. Растворение отходов проводили сначала при 60-65 ºС в открытом автоклаве. После окончания процесса растворения алюминия (прекращение выделения водорода) закрывали автоклав, температуру поднимали до 180 ºС и при этой температуре выдерживали в течение 45 минут. В конце процесса пульпу охлаждали, фильтровали, осадок промывали.

Выход продукта в жидкую фазу составлял 97%, содержание SiO₂ в жидкой фазе составляло 0.6 г∙дм^-3. Так как полученный из этого раствора глинозем по содержанию SiO₂ не соответствовал техническим условиям, то проводили его обескремнивание известковым молоком в автоклаве при 160 ºС в течение трех часов.

В этом процессе протекала реакция: 2Ca(OH)₂ + SiO₂ = 2CaO·SiO₂·2H₂O.

После обескремнивания пульпу фильтровали. Полученный раствор имел следующий состав в (г∙дм^-3): Na₂O - 153.24; Al2O₃ - 95.06; SiO₂ - 0.1. Указанный раствор подвергали карбонизации при 700С углекислым газом. При этом содержание СО₂ в газо-воздушной смеси составляло 12%.

После фильтрации пульпы гидроксида алюминия, её последующей промывки и сушки, содержание примесей составляло (в мас.%): Na₂O - 0,44; SiO₂ - 0.03; Fe₂O₃ - 0.05; СаО - 0.02; остальные - 0.03, он по составу пригоден для получения из него оксида алюминия, используемого в производстве алюминия, однако по чистоте не пригоден для применения в областях, требующих особо чистый оксид алюминия. Для доочистки гидроксида алюминия была разработана конструкция электролизера и технология очистки гидроксида и оксида алюминия, которые позволили получать особо чистые продукты [2,3].

По этой технологии из кека гидроксида алюминия, после его старения в течение двух и более суток, или из его оксида, была приготовлена пульпа (соотношение Ж:Т=3:1); затем её помещали в верхнюю анодную камеру, и при работающей мешалке туда добавляли азотную и фтористоводородную кислоту из расчета содержания их концентраций 3-5 г·дм^-3. В нижнюю анодную камеру, отделенную от верхней камеры съемной сеткой и фильтрующей тканью, наливали электролит такого же состава, как в анодной камере. При электролизе ионы металлов растворенных солей и кремнезем с анодной камеры переходили в катодную.

В этом процессе протекали следующие реакции: NaOH + HNO₃ = NaNO₃ + H₂O, SiO₂ + 6HF = H₂SiF₆ + 2H₂O.

При этом гидроксиды металлов были переведены в раствор, а гидроксид алюминия практически не растворялся.

После электролиза пульпу фильтровали на нутч-фильтре и промывали водой. Расход воды составлял 10 л на 1 кг Al₂O₃. Очищенный продукт сушили и прокаливали при 1200 ºС. Содержание примесей в Al₂O₃ составляло (в мас.%): Na₂O - 0.03, SiO₂ - 0.0006, Fe₂O₃ - 0.01, CaO - 0.003, остальное - 0.002.

Полученный глинозем по чистоте пригоден для использования в вышеизложенных областях промышленности.

Таким образом, разработанная технология переработки алюминийсодержащих отходов на гидроксид и оксид алюминия высокой степени чистоты, позволяет сравнительно более экономически выгодным и экологически чистым способом довести степень извлечения алюминия из отходов до 97%, значительно сократить количество промывных вод (примерно в 20 раз) и получить гидроксид и оксид алюминия высокой степени чистоты.

Энергетические затраты при электролизе составляют ~0.5 кВт на один 1 кг Аl(OH)₃, что во много раз меньше, чем при получении Аl(OH)₃ традиционными способами.

ЛИТЕРАТУРА
1. Тужилин А.С., Лайнер Ю.А., Сурова Л.М. // Сб. тезисов докладов Международной конференции по химии и химической технологии. М.: Институт металлургии им. Байкова РАН. Хим. технология. Т.4. 2007. С.389.
2. Пат. 2324А РА, C25C 7/00, 26.10.2009 // Промышленная собственность. Официальный бюллетень № 10, 2009.
3. Пат. 2224А РА, C01F 7/46, 03.11.2008 // Промышленная собственность. Официальный бюллетень № 3, 2009.

Проблемы рационального использования природного и техногенного сырья Баренц-региона