Физико-химические и технологические основы повышения эффективности комплексной переработки нефелинсодержащего сырья кислотными методами (21.09.2009)

Автор: Матвеев Виктор Алексеевич

МАТВЕЕВ Виктор Алексеевич

ФИЗИКО-ХИМИЧЕСКИЕ И ТЕХНОЛОГИЧЕСКИЕ ОСНОВЫ

ПОВЫШЕНИЯ ЭФФЕКТИВНОСТИ КОМПЛЕКСНОЙ ПЕРЕРАБОТКИ

НЕФЕЛИНСОДЕРЖАЩЕГО СЫРЬЯ КИСЛОТНЫМИ МЕТОДАМИ

Специальность 05.16.02 – Металлургия

черных, цветных и редких металлов

А в т о р е ф е р а т

диссертации на соискание ученой степени

доктора технических наук

Апатиты

Работа выполнена в Учреждении Российской академии наук Институте химии и технологии редких элементов и минерального сырья им. И.В.Тананаева Кольского научного центра РАН

Официальные оппоненты:

доктор химических наук, профессор

Поляков Евгений Георгиевич

доктор технических наук, профессор

Бричкин Вячеслав Николаевич

доктор технических наук, профессор

Липин Вадим Аполлонович

Ведущая организация: открытое акционерное общество «Апатит»

Защита состоится «04» декабря 2009 г. в 14 ч 30 мин на заседании диссертационного совета Д 002.105.01 при Институте химии и технологии редких элементов и минерального сырья им. И.В.Тананаева Кольского научного центра РАН по адресу: Мурманская область, г. Апатиты, Академгородок, д. 26а

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Института химии и технологии редких элементов и минерального сырья им. И.В.Тананаева КНЦ РАН

Автореферат разослан «___» октября 2009 г.

Ученый секретарь

диссертационного совета, к.т.н. Громов П.Б.

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность. Производство алюминия является одной из динамично развивающихся отраслей промышленности России. В связи с нехваткой месторождений высококачественных бокситов глиноземная промышленность с начала своего зарождения базируется также и на переработке щелочного алюмосиликатного сырья. В настоящее время около 40 % выпускаемого в стране глинозема получают из кольского нефелина и нефелиновых сиенитов месторождений Сибири по способу спекания с известняком. Имеются все предпосылки для существенного повышения доли глинозема, получаемого из этого сырья. Говоря о перспективах увеличения переработки нефелина, необходимо иметь в виду, что это будет способствовать не только расширению сырьевой базы глиноземной промышленности, но и решению такой важнейшей народнохозяйственной задачи, какой является повышение комплексности использования апатито-нефелиновых руд Кольского полуострова. Очевидно, что кардинально увеличить масштабы переработки нефелина на основе только одного технологического решения вряд ли возможно. Анализ существующего положения свидетельствует об актуальности создания новых высокоэффективных технологий переработки нефелина и особенно тех из них, которые могут быть реализованы непосредственно на Кольском полуострове. В наибольшей мере этим требованиям отвечают кислотные методы переработки нефелина, к преимуществам которых относятся:

- отсутствие сложных переделов в части подготовки сырья к переработке;

- снижение требований к качеству исходного сырья;

- уменьшение материальных потоков и энергетических затрат;

- расширение ассортимента производимой продукции;

- возможность регенерации всей или большей части используемой кислоты;

- снижение вредного воздействия на окружающую среду и человека.

Для решения перечисленных задач необходимо создание новых и усовершенствование имеющихся технологий на основе дальнейшего глубокого изучения физико-химических процессов кислотной переработки нефелина. Существенная роль в этом принадлежит разработке высокоинтенсивных методов кислотного разложения сырья, выделения соединений алюминия из кислых растворов и их переработки с получением оксидов-гидроксидов алюминия и сопутствующей продукции, регенерации затрачиваемых реагентов, повышения ассортимента и качества получаемых продуктов, снижения вредного воздействия на окружающую среду, улучшения условий труда.

Многочисленные исследования по теории и технологии комплексной переработки глиноземсодержащего сырья, в том числе нефелина, кислотными методами ранее уже нашли отражение в трудах отечественных и зарубежных ученых: А.А.Яковкина, Г.В.Лабутина, Н.И.Еремина, В.М.Сизякова, Ю.А.Лайнера, Д.М.Чижикова, В.С.Сажина, А.К.Запольского, Х.Р.Исматова, Г.З.Насырова, В.В.Власова, Ю.Е.Сутырина, С.Бретшнай-дера, Т.Р.Скотта, З.Цигенбальда и других. В то же время ряд вопросов нуждается в дальнейшем изучении, в частности, процессы кислотного разложения нефелина, выделения соединений алюминия из кислых растворов, обезжелезивания растворов и их переработки с получением оксидов-гидроксидов алюминия и других продуктов.

Цель работы. Разработка физико-химических основ и эффективных технологических решений комплексной переработки нефелинсодержащего сырья кислотными методами.

Работа выполнена в соответствии с планом бюджетных работ Учреждения Российской академии наук Института химии и технологии редких элементов и минерального сырья им. И.В.Тананаева Кольского научного центра РАН (тема 6-2001-2222 ( 6-2007-2225), грантом РФФИ «Физико-химическое и химико-технологическое обоснование новых методов переработки нефелина и других щелочных алюмосиликатов Кольского полуострова» (проект № 07-03-97621), проектом № 3342 Международного научно-технического центра (г. Москва) «Разработка технологии получения и применения сорбентов радионуклидов на основе техногенных отходов обогащения апатито-нефелиновых руд».

Методы исследований. В работе были использованы современные физические, химические и физико-химические методы анализа. Экспериментальные исследования проводились в лабораторном, укрупненно-лабораторном, опытно-заводском, опытно-промышленном и промышленном масштабах. В ходе научно-исследовательских работ использовались математические методы планирования эксперимента, аналитической и графоаналитической обработки экспериментальных данных. Определение химического состава выполнялось методами атомно-эмиссионного, атомно-абсорбционного, спектрофотометрического анализов. Определение фазового состава выполнялось с использованием кристаллооптического, рентгенофазового, термогравиметрического, ИК-спектрометри-ческого методов анализа. Некоторые характеристики твердых материалов изучались с помощью методов оптической и электронной микроскопии, БЭТ (газовой десорбции), лазерной дифракции, а также весовой седиментации.

Научная новизна работы

1. Обоснована взаимосвязь кристаллохимического строения нефелина и характера его взаимодействия с кислотами. Получены новые данные по кинетике разложения нефелина и определен порядок реакции по серной кислоте. Исследованы основные физико-химические свойства аморфного кремнезема, полученного из нефелина.

2. Обоснована возможность полного гидролиза сернокислых солей алюминия в присутствии сульфитов аммония с образованием нерастворимых основных солей. Предложен механизм процесса, включающий образование промежуточного соединения – сульфат-сульфита алюминия, более склонного к гидролизу, чем исходная соль. Получены новые кинетические данные процесса. Установлено, что получаемые основные сернокислые соли алюминия по структуре и составу являются близкими аналогами природного минерала алунита.


загрузка...