Физико-химические аспекты технологии получения криолита из каолиновых глин месторождения "Чашма-Санг" и его опытные испытания

Аннотация

Исследованы физико-химические и технологические аспекты получения десульфатизированного криолита из раствора сульфата алюминия, образующегося при сульфатизации каолиновых глин месторождения "Чашма-Санг". Проведены работы по опытному производству криолита из раствора сульфата алюминия и его испытания в промышленных условиях. Установлено, что при комнатной температуре в течение 15 мин и дозировке фторида натрия до 100 % стехиометрии степень извлечения криолита достигает более 96 %. Однако при комнатной температуре образуются относительно мелкодисперсные частицы криолита, наличие которых удлиняет процесс фильтрации и приводит к поглощению достаточно большого количества сульфата натрия, что делает использование фильтрации нецелесообразным. В связи с этим фильтрацию следует проводить при температуре не менее 85 °С. Процесс фильтрации изучен с применением лабораторной воронки и вакуум-фильтрующей установки в зависимости от температуры для установления скорости фильтрации и десульфатизации криолита. Определено, что при использовании вакуум-фильтрующей установки и повышении температуры в пределах 25...85 °С резко возрастает удаление сульфата натрия из состава криолита (с 11,2 % до 0). Время фильтрации криолита снижается с 34 до 10 мин. Согласно результатам химического анализа, показатели полученного десульфатизированного криолита соответствуют нормативным требованиям ГОСТ 10561--80 (криолит искусственный технический). Рентгенофазовым анализом определено, что продукт взаимодействия растворов сульфата алюминия и фторида натрия соответствует минералу криолит (Na₃AlF₃), что подтверждают результаты химических анализов. После фильтрации криолита жидкая часть подвергалась упариванию с получением в основном гидросульфата и сульфата натрия (подтверждено рентгенофазовым анализом)

Работа выполнена при финансовой поддержке ОАО "ТАлКо"

Просьба ссылаться на эту статью следующим образом:

Наимов Н.А., Мирсаидов У.М., Муродиён А. и др. Физико-химические аспекты технологии получения криолита из каолиновых глин месторождения "Чашма-Санг" и его опытные испытания. Вестник МГТУ им. Н.Э. Баумана. Сер. Естественные науки, 2024, № 6 (117), с. 88--102. EDN: ACLYGP

Литература

[1] Altenpohl D.G., Kaufman J.G. Aluminum: technology, applications and environment. Tms, 1998.

[2] Thonstad J., Fellner P., Haarberg G.M., et al. Aluminium electrolysis-fundamentals of hall-heroult process. Dusseldorf, Aluminium, 2001.

[3] Gunasegaram D.R., Molenaar D. Towards improved energy efficiency in the electrical connections of Hall --- Heroult cells through Finite Element Analysis (FEA) modeling. J. Clean. Prod., 2015, vol. 93, pp. 174--192. DOI: https://doi.org/10.1016/j.jclepro.2015.01.065

[4] Asadikiya M., Yang S., Zhang Y., et al. A review of the design of high-entropy aluminum alloys: a pathway for novel Al alloys. J. Mater. Sci., 2021, vol. 56, no. 21, pp. 12093--12110. DOI: https://doi.org/10.1007/s10853-021-06042-6

[5] Khramov A.P., Shurov N.I. Modern views on the composition of anionic oxy-fluoride complexes of aluminium and their rearrangement during the electrolysis of cryolite-alumina melts. Russ. Metall., 2014, vol. 2014, no. 8, pp. 581--592. DOI: https://doi.org/10.1134/S0036029514080059

[6] Kirik S.D., Zaitseva Y.N., Leshok D.Y., et al. NaF-KF-AlF₃ system: phase transition in K₂NaAl₃F₁₂ ternary fluoride. Inorg. Chem., 2015, vol. 54, iss. 12, pp. 5960--5969. DOI: https://doi.org/10.1021/acs.inorgchem.5b00772

[7] Samoilo A.S., Zaitseva Y.N., Dubinin P.S., et al. Structural aspects of the formation of solid solutions in the NaF--KF--AlF₃ system. J. Solid State Chem., 2017, vol. 252, pp. 1--7. DOI: https://doi.org/10.1016/j.jssc.2017.04.037

[8] Васюнина Н.В., Васюнина И.П., Поляков П.В. и др. Растворимость алюминия в криолитоглиноземных электролитах. Известия высших учебных заведений. Цветная металлургия, 2011, № 4, с. 33--37. EDN: ODYNTL

[9] Wan B., Li W., Sun W., et al. Synthesis of cryolite (Na₃AlF₆) from secondary aluminum dross generated in the aluminum recycling process. Materials, 2020, vol. 13, iss. 17, art. 3871. DOI: https://doi.org/10.3390/ma13173871

[10] Chen J.-Y., Lin C.-W., Lin P.-H., et al. Fluoride recovery from spent fluoride etching solution through crystallization of Na₃AlF₆ (synthetic cryolite). Sep. Purif. Technol., 2014, vol. 137, pp. 53--58. DOI: https://doi.org/10.1016/j.seppur.2014.09.019

[11] Гордиенко П.С., Крысенко Г.Ф., Ярусова С.Б. и др. Комплексная переработка флюоритсодержащего сырья и техногенных отходов. Химическая технология, 2010, т. 11, № 3, с. 134--138. EDN: MWHZBH

[12] Сафиев Х., Наимов Н.А., Рузиев Д.Р. и др. Физико-химические аспекты технологии получения криолита, используемого для производства алюминия, гидрохимическим способом с использованием поваренной соли. iPolytech Journal, 2022, т. 26, № 2, с. 348--356. DOI: https://doi.org/10.21285/1814-3520-2022-2-348-356

[13] Ржечицкий Э.П., Кондратьев В.В. Регенерация фтористых соединений на алюминиевых заводах. Вестник ИрГТУ. Cер. Химия и металлургия, 2011, № 2, с. 158--163. EDN: NDJXGP

[14] Тураева З.С., Назаров Б.Ш., Назаров Ш.Б. и др. Получение криолита из сульфата алюминия. Передовые технологии и материалы будущего. Сб. ст. IV Междунар. науч.-техн. конф. Т. 2. Минск, БГТУ, 2021, с. 6--11. EDN: KQNVSA

[15] Наимов Н.А., Сафиев Х., Мирсаидов У. и др. Физико-химические и технологические аспекты переработки каолиновых глин месторождения "Чашма-Санг" способом сульфатизации. Известия вузов. Химия и химическая технология, 2024, т. 67, № 2, с. 67--73. DOI: https://doi.org/10.6060/ivkkt.20246702.6873

[16] Сатторов С.А., Наимов Н.А., Мирсаидов У.М. и др. Исследование технологии получения фторида натрия и кремнегеля из смеси кремнефтористоводородной и плавиковой кислот. Химическая, биологическая, радиационная и ядерная безопасность: достижения, проблемы и будушие перспективы. Сб. матер. Междунар. науч.-практ. конф. Душанбе, 2023, с. 182--186.

[17] Юлдашев Х., Жураев А., Рахмонов О. Методы получения гексафторсиликата натрия из отходящих газов производства фосфорных удобрений (обзор). Universum: технические науки, 2020, № 8. URL: https://7universum.com/ru/tech/archive/item/10648

[18] Ржечицкий Э.П., Кондратьев В.В., Шахрай С.Г. Сульфат натрия при производстве алюминия: проблемы и перспективы. Вестник ИрГТУ. Сер. Химия и металлургия, 2011, № 8, с. 148--154. EDN: NYIPKJ

[19] Большаков Л.А., Сосновцев М.Н., Жерлицина О.В. Кристаллизационный сульфат натрия как многоплановый связующий материал. Вестник Приазовского государственного технического университета. Сер. Технические науки, 2006, № 16, с. 1--4.

[20] Казакова Е.В., Левашова В.И., Майстренко В.Н. Извлечение марганца из марганцевой руды Улу-Телякского месторождения путем сульфатизации. Вестник БашГУ, 2014, т. 19, № 1, с. 45--48.