Способ холодного гидрохимического разложения гидроалюмосиликата натрия

СПОСОБ ХОЛОДНОГО ГИДРОХИМИЧЕСКОГО РАЗЛОЖЕНИЯ ГИДРОАЛЮМОСИЛИКАТА НАТРИЯ Способ холодного гидрохимического разложения гидроалюмосиликата натрия относится к цветной металлургии, в частности к области производства глинозема щелочным гидрохимическим способом. При производстве глинозема щелочным гидрохимическим способом диоксид кремния,содержащийся в перерабатываемой руде, связывается в не растворимый в щелочных средах гидроалюмосиликат натрия -Na2Al2Si2O82H2O. При переработке красного шлама изобретение обеспечивает гидрохимическое разложение кристаллического гидроалюмосиликата натрия с получением алюмината натрия, геля кремниевой кислоты и железорудного продукта. Алюминат натрия возвращают в технологический процесс получения глинозема, а гель кремниевой кислоты и железорудный продукт - товарные продукты. Изобретение относится к цветной металлургии, в частности к области производства глинозема щелочным гидрохимическим способом. Щелочной гидрохимический способ переработки алюмосиликатных руд на глинозем наиболее применим для низкокремнистых бокситов, для других алюмосиликатных руд либо ограничен (высококремнистые бокситы), либо непригоден (глины, бокситоподобные породы, силлиманиты) вследствие больших потерь полезных компонентов - оксидов натрия и алюминия с гидроалюмосиликатом натрия(см. Справочник металлурга по цветным металлам. Производство глинозема, М.: Металлургия, 1970 с. 141). При производстве глинозема щелочным гидрохимическим способом диоксид кремния, содержащийся в перерабатываемой руде, связывается в не растворимый в щелочных средах гидроалюмосиликат натрия -Na2Al2Si2O82H2O. Образование гидроалюмосиликата натрия обуславливает потери полезных компонентов - оксидов натрия и алюминия в составе отвального красного шлама при переработке высококачественных бокситов. При переработке низкокачественных бокситов с высоким содержанием диоксида кремния потери полезных компонентов с красным шламом настолько велики, что приходится перерабатывать красный шлам способом спекания. Известен последовательный вариант переработки высококремнистых бокситов по способу Байерспекание (см. А.И. Лайнер, Производство глинозема, М, Металлургия, 1961, с. 575). По этому варианту богатый по Al2O3 и Na2O красный шлам спекают в смеси с известняком и содой. Обескремненный алюминатный раствор от выщелачивания спека смешивают с алюминатным раствором ветви Байера для совместной декомпозиции. Недостатками способа являются большие капитальные затраты, высокий расход топлива, значительные экологические выбросы, состав красного шлама иногда затрудняет спекание приготовленной шихты. Известен щелочной способ производства глинозема из глины методом спекания (см. Справочник металлурга по цветным металлам. Производство глинозема, М,: Металлургия, 1970 с. 142-143). Сущность способа заключается в спекании шихты, состоящей из глины, известняка и кальцинированной соды, с образованием при высокой температуре твердого алюмината натрия за счет окиси алюминия, содержащейся в сырье, переводе его в раствор и последующем выделении из этого раствора гидроксида алюминия, а диоксид кремния сырья при спекании связывается в двухкальциевый силикат, не растворимый в щелочных растворах. Этот метод утратил промышленное значение вследствие больших затрат технологических материалов, энергоресурсов и топлива, высокой капиталоемкости и значительных экологических выбросов. Известен также щелочно-кислотный способ получения глинозема из высококремнистых алюминиевых руд (см. патент РФ 2440296 кл. C01F 7/20 опубл. 2012). По данному способу исходное сырье выщелачивают с образованием гидроалюмосиликатов щелочных металлов, которые разлагают путем обработки шлама слабым раствором сильной кислоты при низких температурах, при этом алюминий и щелочные металлы переходят в раствор, из которого далее выделяют гидроокись алюминия. Основной недостаток щелочно-кислотного способа - сложность регенерации сильных кислот. Технической задачей изобретения является разработка способа гидрохимического разложения гидроалюмосиликата натрия с целью снижения потерь полезных компонентов при переработке бокситов на глинозем, а также производство глинозема из других алюмосиликатных пород. Поставленная задача реализуется следующим образом. Кристаллический гидроалюмосиликат натрия разлагают при низкой температуре оборотным комплексоном - водным раствором смеси натриевой соли этилендиаминтетрауксусной кислоты и слабой кислоты. В результате разложения гидроалюмосиликата натрия образуются растворимые соединения комплексоната алюминия, кремниевой кислоты, натриевой соли слабой кислоты. где А - анион слабой кислоты; х - степень замещения атомов водорода карбоксильной группы этилендиаминтетрауксусной кислоты на атомы натрия, х = 1; 2; 3; 4; у - основность слабой кислоты, у = 1; 2. В полученный раствор вводят коагулянт и нагревают с целью коагуляции кремниевой кислоты, образовавшийся гель кремниевой кислоты отделяют от раствора, а раствор направляют на разложение комплексоната алюминия взаимодействием с избытком гидрокарбоната натрия. В результате разложения комплексоната алюминия образуется осадок гидрокарбоалюмината натрия и маточный раствор комплексона. Осадок гидрокарбоалюмината натрия отделяют от маточного раствора. Маточный раствор комплексона упаривают, охлаждают и регенерируют карбонизацией под давлением газообразным диоксидом углерода, выкристаллизовавшийся гидрокарбонат натрия отделяют от раствора. Продукты регенерации - раствор комплексона и слабой кислоты, гидрокарбонат натрия - оборотные. Гидрокарбоалюминат натрия кальцинируют с образованием алюмината натрия. Алюминат натрия растворяют в алюминатном растворе и возвращают в процесс получения глинозема способом Байера. Примеры выполнения изобретения поясняются схемами: фиг. 1 - переработка красного шлама; фиг. 2 - гидрохимическая щелочная переработка глины на глинозем, слабая кислота - угольная; фиг. 3 - гидрохимическая щелочная переработка глины на глинозем, слабая кислота - уксусная. Пример 1. Переработка красного шлама (см. фиг. 1). Состав твердой фазы красного шламаNa2O - 12,8%, Аl2 О 3 - 18,6%, SiO2 - 19,2%, Fe2O3 - 33,9%, TiO2 - 4,3%. Разложение твердой фазы красного шлама вели при следующих условиях: оборотный раствор комплексона - концентрация двунатриевой соли этилендиаминтетрауксусной кислоты 120 г/дм 3, концентрация уксусной кислоты 7%; температура 25 С; время разложения 3 ч; отношение жидкое : твердое 10:1. Жидкую фазу продуктов реакции отфильтровывали от нерастворимого осадка. Состав осадка - железорудного продукта: Na2O -0,31%, Al2O3 - 4,70%, SiO2 - 3,40%, Fe2O3 -75,3%, TiO2 - 7,3%. Извлечение из твердой фазы красного шлама в жидкую фазу составило: по Na2O - 98,8%, Al2O3 89,0%. Жидкую фазу выдерживали при температуре 120 С в течение двух часов для коагуляции кремниевой кислоты. Образовавшийся гель кремниевой кислоты состава: Na2O - 1,5%, Al2O3 - 1,4%, SiO2 - 77,9 отфильтровывали, а обескремненный раствор разлагали при 90 С взаимодействием с раствором гидрокарбоната натрия, взятого с 30% избытком от стехиометрического. При разложении выпал осадок гидрокарбоалюмината натрия состав: Na2O - 20,4%, Al2O3 - 34,4%, SiO2 - 0,4%, Fe2O3 - 0,03%. Осадок гидрокарбоалюмината натрия отфильтровывали и кальцинировали при температуре 700 С, в течение 30 мин. Образовавшийся алюминат натрия имел состав: Na2O - 36,3%, Al2O3 - 62,2%, SiO2 - 0,8%, Fe2O3 - 0,1%. Пример 2. Гидрохимическая щелочная переработка глины на глинозем (см. фиг. 2). Навеску глины состава Na2O - 0,25%, Al2O3 - 37,50%, SiO2 - 44,80%, Fe2O3 - 1,59%, TiO2 - 2,51% выщелачивали раствором каустической щелочи в следующем режиме: концентрация Na2Oky 120 г/дм 3, отношение жидкое : твердое, ж:т 7:1, время выщелачивания 5 ч,температура выщелачивания 102 С. Твердую фазу, образовавшуюся в процессе выщелачивания, отфильтровывали, промывали. Химический состав твердой фазы продукта выщелачивания глины: Na2O-19,0%, Al2O3 - 29,70%, SiO2 - 36,30%,Fe2O3 - 1,50%, TiO2 - 2,50%; вещественный - в основном гидроалюмосиликат натрия Na2Al2Si2O82H2O. Разложение гидроалюмосиликата натрия вели при следующих условиях: оборотный комплексон - концентрация двунатриевой соли этилендиаминтетрауксусной кислоты 100 г/дм 3; отношение жидкое : твердое 10:1; температура 25 С; давление диоксида углерода 40 бар; время разложения 4 ч. Жидкую фазу продуктов реакции отфильтровывали от нерастворимого осадка примесей и выдерживали под давлением СО 2 16 бар при температуре 120 С в течение дух часов для коагуляции кремниевой кислоты. Образовавшийся гель кремниевой кислоты состава: SiO2 - 84,60%, Al2O3 - 0,63%, Na2O 1,15% отфильтровывали, а обескремненный раствор разлагали при температуре 25 С взаимодействием с раствором гидрокарбоната натрия, взятого с 30% избытком от стехиометрического. Выпавший осадок гидрокарбоалюмината натрия отделяли от раствора фильтрацией. Состав осадка:Na2O - 21,40%, Al2O3 - 36,80%, SiO2 - 0,81%. Гидрокарбоалюминат натрия кальцинировали при температуре 700 С, в течение 0,5 ч. Полученный при этом алюминат натрия имел следующий состав: Na2O 35,80%, Al2O3 - 61,50%, SiO2 - 1,40%. Пример 3. Гидрохимическая переработка глины на глинозем (см. фиг. 3). Навеску глины выщелачивали аналогично примеру 2. Разложение гидроалюмосиликата натрия вели при следующих условиях: оборотный комплексон - концентрация двунатриевой соли этилендиаминтетрауксусной кислоты 100 г/дм 3, концентрация уксусной кислоты 7%; температура 25 С; время разложения 1,5 ч. Жидкую фазу продуктов реакции отфильтровывали от нерастворимого осадка примесей и выдерживали при температуре 120 С в течение двух часов для коагуляции кремниевой кислоты. Образовавшийся гель кремниевой кислоты состава: SiO2 - 83,50%, Al2O3 - 0,50%, Na2O - 0,60%, Fe2O3 - 0,05% отфильтровывали, а обескремненный раствор разлагали при температуре 90 С, взаимодействием с гидрокарбонатом натрия, взятом с избытком 30% от стехиометрического. Выпавший осадок гидрокарбоалюмината натрия отделяли от раствора фильтрацией. Состав осадка:Na2O - 21,30%, Al2O3 - 36,70%, SiO2 - 0,51%. Гидрокарбоалюминат натрия кальцинировали при температуре 700 С, в течение 0,5 ч. Полученный при этом алюминат натрия имел следующий состав: Na2O35,9%, Al2O3 - 62,0%, SiO2 - 0,83%. ФОРМУЛА ИЗОБРЕТЕНИЯ 1. Способ холодного гидрохимического разложения гидроалюмосиликата натрия, отличающийся тем, что гидроалюмосиликат натрия разлагают при низкой температуре оборотным раствором комплексона - этилендиаминтетрауксусной кислоты или натриевых солей этилендиаминтетрауксусной кислоты в присутствии слабой угольной или уксусной кислоты с образованием растворимых соединений комплексоната алюминия, кремниевой кислоты, натриевой соли слабой кислоты - карбоната, гидрокарбоната или ацетата натрия; нерастворимые примеси отделяют от раствора; в раствор добавляют коагулянт, нагревают до температуры 100-120 С с целью коагуляции кремниевой кислоты, образовавшийся гель кремниевой кислоты отделяют от раствора; обескремненный раствор комплексоната алюминия разлагают взаимодействием с избытком гидрокарбоната натрия, в результате образуется осадок гидрокарбоалюмината натрия и маточный раствор; осадок гидрокарбоалюмината натрия отделяют, а маточный раствор упаривают, охлаждают и регенерируют карбонизацией газообразным диоксидом углерода под давлением не ниже 16 бар с образованием осадка гидрокарбоната натрия, который отделяют от раствора комплексона,гидрокарбоалюминат натрия кальцинируют при температуре 700-900 С с образованием алюмината натрия, который возвращают в процесс производства глинозема. 2. Способ по п.1, отличающийся тем, что температура разложения гидроалюмосиликата натрия составляет 20-45 С. 3. Способ по п.1, отличающийся тем, что на стадии разложения гидроалюмосиликата натрия слабая угольная кислота образуется при карбонизации диоксидом углерода оборотного раствора комплексона натриевой соли этилендиаминтетрауксусной кислоты/этилендиаминтетрауксусной кислоты под давлением не ниже 16 бар. 4. Способ по п.1, отличающийся тем, что разложение комплексоната алюминия ведут взаимодействием с гидрокарбонатом натрия, взятым с избытком от 30 до 100% от стехиометрического. 5. Способ по п.1, отличающийся тем, что на стадиях выделения твердых фаз из растворов - геля кремниевой кислоты, гидрокарбоалюмината применяется оборотная затравка соответствующего компонента. 6. Способ по п.1, отличающийся тем, что продукты регенерации раствора комплексона, слабой кислоты и гидрокарбонат натрия являются оборотными.