Ю.О.Веляев 1, В.И.Захаров 2, В.А.Матвеев 2, Д.В.Майоров 2

1Апатитский филиал Мурманского Государственного Технического Университета, г.Апатиты, 5 курс;

2Институт химии и технологии редких элементов и минерального сырья  им.И.В.Тананаева КНЦ РАН, г.Апатиты

The proposed method of the separation aluminum from nitrate solution opening of nepheline in the form of potash alum of ammonia. Possibility of the separation alum is shown from solution containing silicon from decomposition of nepheline by 18-20%-ouch nitric acid. The determined dependencies characterizing given process.

Несмотря на огромный объем выполненных в СССР и России научно-исследовательских работ, направленных на решение проблемы повышения комплексности использования апатит-нефелиновых руд, значительного прогресса в этом направлении не наблюдается. По-прежнему достаточно полно извлекается и используется только фосфатная часть этого сырья. Количество же используемого нефелина практически не превышает 10% от всей его массы, ежегодно добываемой в составе апатит-нефелиновых руд.

Низкая степень использования нефелина в значительной мере объясняется тем, что в промышленности реализован лишь один метод его переработки, основанный на спекании с известняком. Обладая несомненными достоинствами, этот метод имеет и ряд существенных недостатков, сдерживающих масштабы расширения использования его в промышленности, например - высокие энергетические затраты, громоздкость аппаратурного оформления; необходимость использования в процессе большого количества (около 3 т на 1 т нефелинового концентрата) высококачественного известняка; отсутствие месторождений такого известняка на Кольском полуострове обусловливает необходимость дальней перевозки нефелина к местам переработки, приближенным к известняковым месторождениям.

Все вышесказанное свидетельствует о необходимости разработки альтернативных направлений комплексной переработки нефелина, особенно тех из них, которые позволят перерабатывать это сырье непосредственно на Кольском полуострове, избегая необходимости дальней перевозки, как исходного сырья, так и получаемых на его основе продуктов.

К одному из этих направлений можно отнести идею реализации кислотных методов переработки этого сырья. К преимуществам их относится отсутствие сложных переделов по предварительной подготовке (дополнительное тонкое измельчение, тщательное смешение шихты и транспортировка ее в печи спекания) шихты к переработке, снижение требований к качеству сырья, т.к. балластная часть его (кремнезем и сопутствующие инертные минералы) выводятся из процесса на первых технологических стадиях, сокращение числа технологических операций, энергетических и материальных затрат, расширение ассортимента получаемых продуктов и др.

При разработке кислотных методов, независимо от используемой кислоты, необходимо решить следующие основные вопросы:

- эффективного отделения получаемых растворов от кремнезем-содержащих осадков;

- выделения алюминия из растворов в виде соединений, которые могут быть переработаны с получением глинозёма и других продуктов.

Нами предложен метод выделения алюминия в виде алюмоаммониевых квасцов из азотнокислых растворов. С учетом того, что для образования алюмоаммониевых квасцов необходимо присутствие в растворе как сульфат-иона, так и иона аммония, было предложено вводить в раствор сульфат аммония.

Методика экспериментов заключалась в следующем. В реакционный сосуд при перемешивании загружались расчетные количества воды и нефелинового концентрата, после чего в него (также при перемешивании) заливалось требуемое количество концентрированной (~60%) азотной кислоты из расчета получения заданной концентрации HNO₃. По окончании процесса разложения кислотонерастворимый минеральный остаток отделяли от раствора фильтрованием,
а затем, с целью исключения "проскока" мельчайших частиц нерастворимого остатка, раствор перефильтровывали через намытый на фильтре слой остатка. В полученном растворе, содержащем нитраты алюминия, калия, натрия, железа и растворенный кремнезем, растворяли при нагревании определенное количество сульфата аммония и затем охлаждали до 12-14^оС для кристаллизации из него алюмоаммониевых квасцов, которые отделяли от маточного раствора на фильтре. Концентрация кислоты, как было установлено ранее в предварительных опытах, составляла 20% при расходе кислоты 100% от ее стехиометрического количества на сумму Al₂O₃, Na₂O, K₂O, и 18% - при 90%-м расходе, позволяющая исключить преждевременную желатинизацию переходящего в раствор кремнезема на протяжении всего цикла, вплоть до выделения алюмоаммониевых квасцов. Время разложения во всех опытах составляло 15 мин. В процессе эксперимента замеряли температуры процесса разложения и полного растворения навески сульфата аммония в получаемых растворах, объемы и плотности технологических растворов, количество выделяющихся квасцов.

Установлено, что максимальная температура, а, следовательно, и практически полное разложение сырья, достигается через 5-7 мин от начала разложения. Однако, по нашему мнению, продолжительность этой стадии должна составлять, с целью наиболее полного перевода целевых компонентов
в раствор, не менее 10 мин. Следует отметить, что расход азотной кислоты
на разложение не оказал какого-либо существенного влияния на максимальную температуру (50±3^оС) процесса и плотность получаемых растворов 1,185-
1,193 г/см³, что свидетельствует о более полном извлечении целевых компонентов (Al₂O₃, K₂O) в раствор при расходе кислоты 100% от стехиометрии.

Исследована зависимость выхода алюмокалиевых квасцов, кристаллизующихся из растворов азотнокислотного разложения нефелинового концентрата, в зависимости от расхода сульфата аммония, добавляемого в эти растворы. Установлено, что увеличение вводимого количества сульфата аммония выше, чем 1,37 кг (NH₄)₂SO₄ на кг нефелинового концентрата
не оказывает существенного влияния на степень выделения квасцов из растворов и составляет ~2,2 кг/кг нефелинового концентрата (при влажности 7-9%), но может привести к увеличению содержания в кристаллизующихся квасцах примесей, в частности примеси самого сульфата аммония, о чем свидетельствует резкое увеличение выхода квасцов при дальнейшем увеличении вводимого (NH₄)₂SO₄ свыше 1,6 кг на кг нефелинового концентрата.

В дальнейшем нами планируется провести исследование по отмывке кристаллов алюмокалиевых квасцов путем промывки их на фильтре и перекристаллизацией при различных соотношениях фаз Т:Ж и определить потери, обусловленные растворением квасцов.

Научные основы химии и технологии переработки комплексного сырья том 3