Исследование возможности получения оксида алюминия из вскрышной породы

Исследование возможности получения оксида алюминия из вскрышной породы

Мурзубраимов Б.М., Кочкорова З.Б, Калчаева Б.Ш., Маразыкова Б.Б., Тыналиева К.Т.

Исследовано возможности извлечения глинозема из вскрышной породы сернокислотным способом. Показано,что вскрышная порода без предварительной термической обработки плохо разлагается в серной кислоте, при этом степень извлечения Al2O3 составляет всего 29,08 %.  Изучено влияние предварительной термической обработки вскрышной породы на процесс кислотного разложения. Установлено, что предварительная термическая обработка при температуре 7500С обусловливает максимальному извлечению алюминия в раствор из вскрышной породы, где степень извлечения Al2O3 достигается 87,6 %. Показано, что в процессе кислотной обработки лучше использовать обоженную вскрышную породу с размером частиц менее 0,20-0,25 мм.

Ключевые слова: вскрышная порода, термическая обработка, кислотное разложение, оксид алюминия, оксид железа, дисперсность.

Известно, что в угольных месторождениях при производстве угля с поверхности определенный слой списывается в отходы в виде вскрышных пород, занимающих огромные земельные площади, которые загрязняют воздушные и водные бассейны. Поэтому одной из актуальных задач в утилизации вскрышных пород является комплексная их переработка. Решение этого вопроса позволяет, с одной стороны, решить проблему охраны природы, а с другой, расширить базу сырьевых ресурсов при производстве различных товаров народного потребления и химических продуктов.

Вскрышные породы в основном представлены алюмосиликатом,  содержащимся в основном в виде минерала каолинита. В связи с этим представляет интерес провести исследовательские работы по комплексной переработке вскрышных пород для производствоа соединений алюминия, в частности глинозема, алюминиевых квасцов, сульфата алюминия и др.

В данной работе излагаются результаты исследований  по разложению вскрышной породы серной кислотой  с целью получения глинозема.

В качестве объекта исследования выбрана вскрышная порода Кара-Кечинского угольного месторождения, которая находится в Жумгальском районе Нарынской области. Авторами работ [1] показано, что минеральная часть вскрышной породы содержит в основном оксиды кремния и алюминия.

Химический состав исследуемой пробы вскрышной породы, определяемой по силикатному анализу минералов [2], показывает следующее содержание компонентов: SiO2 – 44,73 %,  Al2O3 – 19,92 %, Fe2O – 2,85 %,  CaO – 1,84 % MgO – 1,01 %. Потеря веса при прокаливании составляет 24,94 %.

Учитывая, что во вскрышной породе в основном содержится минерал каолинит обработку ее кислотой производили по методике, ранее опубликованной в работе [3]. Оптимальными условиями кислотной обработки являются серная кислота с концентрацией 60 %, весовое соотношение породы и кислоты 1:2,2 и время обработки в течение 60 минут при температуре 98-100°С. В растворе, полученном после обработки вскрышной породы кислотой, определяли содержание алюминия методом комплексонометрии [4]  и железа методом колориметрии [5].

Экспериментальные работы по сернокислотной обработке необоженной вскрышной породы показывают, что серная кислота мало влияет на растворение соединений алюминия. Так, при оптимальном условии кислотной обработки степень извлечения алюминия в пересчете на оксид составляет всего 29,08 %. В связи с этим нами проводились исследования по разложению вскрышной породы серной кислотой после ее предварительной термической обработки.

Так как, во вскрышной породе алюмосиликатная часть состоит в основном из  кремния, алюминия и железа, проведен химическйие анализ  термически обработанных при температуре 550, 650, 750 и 850°С образцов вскрышной породы на содержание указанных металлов в пересчете на оксиды. Результаты анализа приведены в таблице.

Таблица   ̶  Содержание исследуемых оксидов в термообработанных образцах вскрышной породы Кара-Кечинского месторождения

Образец Содержание компонентов, вес %
SiO2 Al2O3 Fe2O3
Необоженный 44,73 19,92 2,85
Обоженный при 550°С 59,46 31,08 3,04
Обоженный при 650°С 62,23 31,48 3,08
Обоженный при 750°С 63,81 31,53 3,12
Обоженный при 850°С 64,35 31,60 3,18

Из таблицы видно, что после выгорания углесодержащего минерала основными составляющими компонентами вскрышной породы являются оксиды кремния и алюминия.

 Исследование убыли массы вскрышной породы  при температуре от 550 до 900°С (рис.1) показывает, что в углесодержащем минерале  вскрышной породы практически полностью выгорает углерод при температуре, начиная с 550°С. Свидетельством этого является практически  небольшая разница  убыли массы (23,95-24,52 %) вскрышной породы в изученном интервале температур.

Рис. 1. Изменение убыли массы вскрышной породы при термической обработке.

При выборе температуры термической обработки вскрышной породы учитывали термическое превращение каолинита при нагревании [6], принимая во внимание то, что основным составляющим минералом вскрышной породы  является каолинитовый минерал. Термическую обработку вскрышной породы производили при температуре 550, 650, 750, 850°С.

Измельченную и просеянную через сито 1,0 мм вскрышную породу помещали в керамические тигли и обжигали в муфельной печи (СНОЛ 1,6.2,5.1/11.И2) при заданной температуре в течение двух часов, после чего произвели кислотную обработку серной кислотой с концентрацией 60 % по методике, описанной в ранее опубликованной работе  [3].

Результаты исследований по сернокислотной обработке обоженных образцов вскрышной породы представлены на рис. 2.

Рис. 2. Влияние термической обработки вскрышной породы на степень извлечения оксидов алюминия (1) и железа (2)

Как следует из рисунка 2, предварительная термическая обработка заметно влияет на извлечение алюминия из вскрышной породы. При термической обработке вскрышной породы в интервале температур от 550 до 750°С наблюдается постепенное увеличение содержания алюминия в растворе, и предварительная термическая обработка при температуре 750°С приводит к максимальному извлечению алюминия из вскрышной породы, где степень извлечения алюминия в пересчете на оксид алюминия достигается 87,63 %. Термическая обработка при температуре 850°С ухудшает разложение вскрышной породы в серной кислоте, степень извлечения Al2O3 уменьшается до 85,3 %.

Предварительная термическая обработка породы отрицательно влияет на процесс извлечения железа в раствор. Так, если при 550°С термической обработки вскрышной породы степень извлечения железа в пересчете на оксид железа составляет 56,25 %, то при температуре предварительной термической обработки 750°С, где проявляется максимальное извлечение алюминия, степень извлечения железа в пересчете на оксид уменьшается до 51,60%. Этот факт свидетельствует о том, что для того чтобы сернокислотный раствор алюминия меньше загрязнялся железом  разложение вскрышной породы кислотой лучше производить после предварительной термической обработки ее при температуре 750°С.

Известно, что в процессе кислотного разложения высококремнистого алюмосиликата немало важную роль играет его дисперсность. Поэтому нами проведены экспериментальные работы по изучению влияния дисперсности породы на извлечение алюминия в раствор. Измельченную вскрышную породу просеивали через сито размером 0,1; 0,2; 0,3; 0,4 и 1,0 мм. Далее после предварительной термической обработки образцы вскрышной породы подвергались обработке серной кислотой с концентрацией 60 %.

На рис. 3 представлена зависимость степени извлечения оксида  алюминия и железа от размера частиц вскрышной породы.

Рис. 3. Влияние размера частиц вскрышной породы на степень извлечения алюминия (1) и железа (2).

Как следует из рисунка, дисперсность породы в какой-то степени оказывает влияние на процесс кислотного разложения вскрышной породы. Так, если при кислотном разложении вскрышной породы с размером частиц 0,1 мм степень извлечения оксида алюминия и железа составляет 91,31 и 54,17 %, то при разложении вскрышной породы с размером частиц 1,0 мм степень извлечения оксида алюминия и железа уменьшается до 87,63 и 51,60 %, соответственно. Следует отметить, что размер частиц более 0,4 мм практически мало влияет на извлечение железа в раствор.

Таким образом, изложенные данные дают возможность заключить, что сернокислотным способом можно извлекать глинозем из вскрышной породы после ее предварительной термической обработки в интервале температур от 550 до 750°С. Максимальное извлечение алюминия в раствор происходит при термической обработке вскрышной породы при температуре 750°С. Кислотную обработку обоженной вскрышной породы лучше производить  размером частиц не более 0,20-0,25 мм, где при достаточном извлечении алюминия в раствор происходит наименьшее загрязнения раствора соединениями железа.

Литература

  1. Маразыкова Б.Б., Сайбулатов С.Ж., Ассакунова Т.Т. Использование отхода угледобычи Кара-Кече // Наука и новые технологии. 2000. №6.
  2. Пономарев А.И. Методы химического анализа силикатных и карбонатных горных пород / А.И. Пономарев. М.: Изд.АНСССР, 1961. 414 с.
  3. Мурзубраимов Б.М., Кочкорова З.Б., Шаршенбек кызы А., Калчаева Б.Ш. Кислотное разложение термически обработанной каолиновой глины Чоко-Булакского месторождения // Наука, новые технологии и инновации Кыргызстана.    №7. С. 137-139.
  4. Сочеванова М.М. Ускоренный анализ горных пород с применением комплексонометрии / М.М. Сочеванова.М.: Наука, 1969. 160 с.
  5. Сендел Е. Колориметрические методы определения следов металлов / Е. Сендел. М.: Изд. Мир. 1964. 904 с.
  6. Горбунов Н.И., Цюрупа И.Г., Шурыгина Е.А. Рентгенограммы, термограммы и кривые обезвоживания минералов, встречающихся в почвах и глинах / Н.И. Горбунов, И.Г. Цюрупа, а Е.А. Шурыгин. М.: Изд. АН СССР. 1952.186 с.

Murzubraimov B.M., Kochkorova Z.B., Kalchaeva B.Sh., Marazykova B.B., Tynalieva K.T.

STUDY POSSIBILITIES ON PRODUCTION OF ALUMINUM OXIDE FROM OVERBURDEN

Possibilities of extracting alumina from the overburden by sulfuric acid method have been investigated. It was shown that overburden without preliminary heat treatment decomposes poorly in sulfuric acid, while the degree of Al2O3 extraction is only 29,08%. The influence of the overburden preliminary heat treatment on the process of acid decomposition has been studied. It was established that preliminary heat treatment at 750ºC determines the maximum extraction of aluminum into the solution from the overburden, where the degree of Al2O3 extraction is 87,6%. It shows that in the acid treatment it is better to use burnt overburden with particle size of less than 0,20-0,25 mm.

Key words: overburden, heat treatment, acid decomposition, aluminum oxide, iron oxide, dispersion.

Back to Top