Химико-технологическое обоснование и разработка сернокислотной технологии переработки нефелина с получением коагулянтов, калиевых квасцов и кремнезёмных продуктов

• Автор: Веляев, Юрий Олегович
• Шифр специальности: 05.17.01
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2012
• Место защиты: Апатиты
• Количество страниц: 140 с. : ил.

СОДЕРЖАНИЕ

ВВЕДЕНИЕ
1. АНАЛИТИЧЕСКИЙ ОБЗОР МЕТОДОВ ПОЛУЧЕНИЯ
АЛЮМИНИЕВЫХ КОАГУЛЯНТОВ
1.1. Основные принципы коагуляционной очистки воды
1.2. Получение алюминиевых коагулянтов на основе гидроксида алюминия
1.3. Получение солей алюминия на основе природного и техногенного алюминийсодержащего сырья
1.3.1. Получение коагулянтов на основе бокситов
1.3.2. Получение коагулянтов на основе каолиновых
глин
1.3.3. Получение солей алюминия на основе сульфатсодержащих алюминиевых минералов
1.3.4. Получение солей алюминия из нефелинового сырья
2. КРАТКАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА НЕФЕЛИНОВОГО СЫРЬЯ
КОЛЬСКОГО ПОЛУОСТРОВА
3. ФИЗИКО-ХИМИЧЕСКИЕ ОСОБЕННОСТИ МЕХАНИЗМА
КИСЛОТНОГО РАЗЛОЖЕНИЯ НЕФЕЛИНА
3.1. Поведение щелочных алюмосиликатов в процессах кислотной обработки
3.2. Термодинамическая оценка вероятности выделения различных форм кремнекислоты при сернокислотном разложении нефелина
3.3. Состояние кремнекислоты в водных растворах
3.4. Изучение процесса сернокислотного разложения
4. ИССЛЕДОВАНИЯ СВОЙСТВ АЛЮМОКРЕМНИЕВЫХ
РАСТВОРОВ, ПОЛУЧАЕМЫХ ПРИ СЕРНОКИСЛОТНОЙ ПЕРЕРАБОТКЕ НЕФЕЛИНОВОГО КОНЦЕНТРАТА
4.1. Плотность растворов
4.2. Вязкость растворов
4.3. Изучение кинетики процесса полимеризации кремневой кислоты в сернокислотных нефелиновых растворах
4.4. Исследование эффективности АККФ в процессах сгущения минеральных взвесей и очистки воды от растворимых примесей

4.4.1. Осаждение тонких взвесей буровых глин
4.4.2. Осаждение тонких взвесей из сливов флотомашин апатитовой флотации и оборотной воды апатитового производства
4.4.3. Исследования по изучению эффективности растворов АККФ при очистке воды от растворимых примесей
4.4.3.1. Очистка воды от примесей меди, никеля и кобальта
4.4.3.2. Очистка воды от фтора
4.4.3.3. Очистка воды от фосфора
4.4.3.4. Очистка воды от нефтепродуктов
5. КОМПЛЕКСНАЯ ПЕРЕРАБОТКА АККФ С ПОЛУЧЕНИЕМ КОАГУЛЯНТОВ, КАЛИЕВЫХ КВАСЦОВ И ОЧИЩЕННОГО КРЕМНЕЗЁМА
5.1. Исследования по определению устойчивости
(«живучести») растворов АККФ к желатинизации
5.2. Выделение калиевых квасцов из растворов АККФ
5.3. Выделение кремнезёма
5.4. Влияние режимов процесса осаждения кремнезёма на его фильтрационные свойства
5.5. Состав и свойства осаждённого кремнезёма
5.6. Принципиальная технологическая схема комплексной переработки нефелина с получением коагулянтов, квасцов и кремнеземного продукта
6. ОЦЕНКА ЭКОНОМИЧЕСКОЙ ЭФФЕКТИВНОСТИ РАЗРАБОТАННЫХ ТЕХНОЛОГИЙ
ВЫВОДЫ
СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННЫХ ИСТОЧНИКОВ

ВВЕДЕНИЕ
Повышение требований к качеству питьевых вод и степени очистки бытовых и промышленных стоков, обусловливает возрастание потребностей в реагентах, применяемых в процессах водоподготовки. В настоящее время наиболее широко распространены коагуляционные методы обработки воды с использованием солей алюминия и железа. Как правило, коагуляция обеспечивает достаточную степень очистки воды. В качестве вспомогательных реагентов очень часто используют флокулянты, которые позволяют интенсифицировать скорость осаждения коагуляционных осадков.
Из солей алюминия наиболее часто используется сульфат алюминия, подавляющую часть которого производят на основе дорогостоящего и дефицитного гидроксида алюминия. В России на эти цели расходуют ежегодно более 135 тыс. т гидроксида, а это почти половина этого продукта, получаемого в Пикалёво на основе переработки Кольского нефелинового концентрата (НК).
Более рациональным является получение солей алюминия на основе природного и техногенного алюминийсодержащего сырья — глин, каолинов, бокситов, алунитов, золы от сжигания углей. Для России наиболее перспективным сырьём для производства коагулянтов являются нефелины, месторождения которых имеются в различных регионах страны. Более того, он в громадных объёмах добывается и складируется в хвостохранилищах в виде отходов при переработке апатитонефелиновой руды.
Привлекательность нефелина как сырья для получения коагулянтов обусловлена:
• неограниченностью запасов;
• высокой химической активностью, исключающей необходимость предварительной активации, например обжигом, механоактивацией и др.;
• стабильностью химического состава и отсутствием вредных примесей;

полученные при использовании 35-40% НгБСЬ и содержащие г/л: А1203 — 85-100, Ре203 — 4—5, ]Ча20 — 2—4, К20 — 1—5, БЮо 0.1—0.2, фильтруются со скоростью 1.2—1.5 м3/(м2-час). Извлечение А1203 составляло 85—89%. Эта технология обеспечивает комплексное использование сырья, однако необходимость сушки продуктов азотнокислотного разложения требует повышения энергозатрат и очистки выделяющихся газов от оксидов азота.
Как свидетельствуют литературные и практические данные, одним из самых трудных переделов в технологии получения солей алюминия на основе природных алюмосиликатов является отделение кремнезёмных остатков. Кислотное разложение каолина и алунитовых пород происходит с сохранением кремнекислородного каркаса минерала. Плохая фильтруемость нерастворимых остатков обусловлена лишь очень высокой дисперсностью образующихся частиц 8Ю2. При переработке нефелина разделение нерастворимых остатков и растворов осложняется переходом кремнезёма в раствор, что сопровождается желатинизацией последнего. Это является основной причиной того, что ни одна из ранее разрабатывающихся технологий получения очищенного нефелинового коагулянта не была освоена в промышленных масштабах.
Нефелин предполагалось использовать в процессе изготовления неочищенного коагулянта на основе каолинов. В соответствии с этой технологией каолины обрабатывают избытком 75-75%-ной Н2804 при температуре 100-110 °С в течении 15-35 минут. По окончании варки массу, содержащую 4.5-7.5 А1203 и 20-25% свободной кислоты, разбавляют водой и вводят отдельными порциями нефелин. Реакционную массу перемешивают 2-3 минуты и быстро, во избежание схватывания, сливают на кристаллизационный стол [123].
З.П. Розенкнопом с сотрудниками [124] предложено вскрывать нефелин сернистым газом и использовать получаемые растворы сернистокислых солей в качестве коагулянтов или перерабатывать их на глинозём и соли натрия и калия. Однако этим авторам также не удалось