Технологія автоклавного вилуговування
Процес проводять під тиском і при перемішуванні гострою парою в закритій посудині – автоклаві. Автоклавним вилуговуванням переробляють боксити з метою отримання глинозему, а також вольфрамові руди з отриманням вольфрамату натрію. Переваги процесу:
збільшення швидкості реакцій за рахунок підвищення тиску і температури;
герметичність апаратури зменшує втрату реаґентів і виключає забруднення навколишнього середовища.
Автоклавне вилуговування протікає за рахунок простого обміну йонами реаґуючих компонентів.
Технологія автоклавного вилуговування при отриманні глинозему
Отримання алюмінію включає дві основні стадії:
- виробництво глинозему;
- електролітичне отримання алюмінію з глинозему.
Глинозем отримують методом сплавлення або автоклавного вилуговування за способом Баєра.
Алюміній у природі зустрічається тільки у зв’язаному стані у формі власне алюмінієвих мінералів і силікатних порід. Характеристика основних мінералів алюмінію, що використовуються в автоклавному процесі, наведена в таблиці 14.1.
Таблиця 14.1 – Характеристика основних мінералів алюмінію
Мінерал | Хім. формула | Вміст Al2O3, % |
Корунд | Al2O3 | 100 |
Діаспор, беміт | Al2O3*H2O | 85 |
Гідраргіліт | Al2O3*3H2O | 64.5 |
Каолініт | Al4[Si4O10](OH) 8 | 39.5 |
Алуніт | KAl3[(SiO4]2 (OH)6 | 37 -39 |
Нефелін | KNa3[ Al Si4O4]4 | 32 -36 |
Переробці, як правило, піддають боксити, що містять, в основному, діаспор, беміт, гідраргіліт.
Якість бокситів визначається масовим співвідношенням оксиду алюмінію до двооксиду кремнію, яке називається кремнієвим модулем (μSi).
Al2O3/ SiO2 = μSi. Чим вищий модуль (менший кремнію), тим краще йде процес. Звичайно модуль знаходиться в межах від 22.5 до 5.6.
Вилуговування бокситів ведуть лужними розчинами. Процес Баєра являє замкнений цикл, суть якого визначається оборотною хімічною реакцією:
Al2O3*nH2O + 2 NaOH 2NaAlO2 + (n + 1) H2O
Алюмінат натрію
В автоклавах при температурі t = 130 – 240 оС реакція протікає праворуч, при цьому відбувається вилуговування. Їдкий натр розчиняє глинозем бокситу, утворюються алюмінат натрію і вода. Потім розчин розбавляють оборотною промивною водою, відділяють і промивають осад, що не розчинився. Прояснений розчин охолоджують. При цьому реакція протікає в зворотний бік, тобто утворюються гідрат глинозему і їдкий натр. Процес називається: викручування, або декомпозиція. Продукти розділяють у згущувачах і на фільтрах. Розбавлений розчин їдкого натру має низьку концентрацію. Його випаровують і направляють на вилуговування. Цикл замикається.
Для остаточного доведення глинозему його піддають розжарюванню (кальцинації) при температурі 1200 оС. При підвищенні температури спочатку видаляється зовнішня волога, потім при 250 оС гібсит втрачає 2 молекули зв’язаної вологи і переходить в беміт. При температурі 500 – 550 оС беміт перетворюється в безводний γ – Al2O3, при температурі 850 – 1200 оС відбувається перетворення γ – Al2O3 в практично негігроскопічний α- Al2O3.
На рис. 14.1 наведена спрощена схема отримання глинозему за способом Баєра.
Основним обладнанням у технологічних схемах отримання глинозему є автоклави (Рис. 14.2), які встановлюються батареями по 8 – 10 штук у кожній.
Технологія автоклавного вилуговування вольфраму
Промислові мінерали вольфраму:
- вольфраміт – (Fe, Mn)WO4;
Рис. 14.1. Спрощена схема отримання глинозему способом Баєра
Рис. 14.2. Автоклав
- шеєліт – CaWO4;
- ферберит – FeWO4;
- гюбнерит – MnWO4
Основні типи вольфрамових родовищ – вольфраміт – кварцові жили і скарнові шеєлітові родовища. Вміст вольфраму в рудах від десятих часток до 1.5 %. Складність складу і невисокий вміст утруднюють отримання кондиційних концентратів з високим вилученням. Застосування автоклавного вилуговування дозволяє підвищити ефективність процесу. Цей процес уперше розроблений в СРСР І.М.Масленицьким і В.С.Сирокомським.
Переведення вольфраму з концентрату в розчин здійснюється внаслідок взаємодії розчину соди з вольфраматом кальцію CaWO4 (шеєлітом) при температурі 170 – 250 оС.
CaWO4 + Na2CO3 Na2WO4 + Ca CO3
розчин
На рис. 14.3 наведена схема автоклавного вилуговування вольфрамових продуктів.
Рис. 14.3. Схема вилуговування вольфрамових продуктів