книги из ГПНТБ / Шахтахтинский, Г. Б. Попутное извлечение пятиокиси ванадия при комплексной переработке алунитов

центрированной азотной' кислоты й опятьг выпаривают* до влажного со^тояйня. Остаток растворяется водой, фильтрует­ ся. в мерную колбу йа 100 мл, прибавляется 5 мл концентри­ рованной азотной кислоты, 1,5—2,0 мл НгО и производится определение ванадия,

В первой серии опытов, результаты которых приведены в табл. 1, алунитовая руда обрабатывалась различными коли­ чествами щелочи.

Как видно из табл. Г, при низких концентрациях щелочи в выщелачиваемых растворах, количество ванадия несколько заниженное (опыты 1—9), а при концентрации щелочи |) и Щ% количество ванадия соответствует содержанию его в исследуе­ мом образце. При концентрации же щелочи иыше 10% (в натем случае 15%) количество извлекаемого ванадия несколько ниже его истинного содержания. Последнее обстоятельство может быть объяснено тем, что при высокой „концентрации щелочи в раствор из алунитовой руды переходит большое ко­ личество кремниевой кислоты, и это способствует поглощению заметного количества ванадия из раствора, а следовательно,

С другой стороны, вследствие извлечения больших коли­ честв кремниевой кислоты затрудняется фильтрование раство­ ра, в последующем увеличивается расход кислоты на нейтра­ лизацию избыточной щелочи, в то же время увеличивается кон­ центрация солей в растворе.

21

«Как видно из таблицы, оптимальной концентрацией щело­ чи для извлечения ванадия лз алунитовой руды, является 5%-ный раствор. При этом наряду с полным извлечением ва­ надия процесс фильтрования также не затягивается.

В следующей серии опытов (табл. 2) было изучено влия­ ние объема 5%-ного раствора щелочи на извлекаемость вана­ дия при выщелачивании алунитовой руды. Результаты показы-! вают, что малые количества 5%-ного раствора щелочи (25 мл), как и большие (75—100 мл), недостаточны для полного извле­ чения ванадия из алунитовой породы.

Это объясняется тем, что при этом извлекается большое количество кремниевой кислоты, которое адсорбирует замет­ ные количества ванадия. В то же время затрудняется процесс фильтрации при отделении кремниевой кислоты. Таким обра­ зом, оптимальным количеством раствора щелочи следует счи­ тать 50 мл.

Следующим вопросом изучения извлечения ванадия из алунитовой породы является установление продолжительно­ сти выщелачивания:

Итак, с целью полного извлечения ванадия из алунитовой породы выщелачивание следует производить кипячением в те-

чение 5 мин,.Пониженные результаты при долгом кипячений алунитовой породы с 5%-ной щелочью опять-таки объясняют­ ся большим извлечением кремниевой кислоты, поглощающей некоторую часть ванадия*

С целью изучения влияния предварительного обезвожива­ ния алунитовой породы на точность определения ванадия мы провели следующие опыты. Взятая навеска (5 г) обжигалась в течение пяти часов при различной температуре, а затем про­ изводилось выщелачивание раствором щелочи (табл* 3),

Из табл. 3 видно, что при определении ванадия предвари­ тельное прокаливаний не изменяет выщелачиваемости вана­ дия. И это дает нам основание производить определения вана­ дия из необезвоженной, алунитовой руды. В то же время совпа­ дающие результаты табл. 3 говорят о том, что можно произ­ водить определение ванадия из обезвоженных алунитов.

Указанные исследования позволяют нам рекомендовать следующую пропись обработки алунитовой руды: 1—5 г рас** толченной, как пудра, навески алунитовой руды переносится в стакан на 100 мл, обливается 50 мл 5%-ной щёлочи и при пе­ риодическом помешивании нагревается на асбестовой сетке в течение 5 мин.

Смесь фильтруется через фильтр с синей полоской в фарфоровую чашку и осадок промывается на фильтре горячей водой. Осадок выбрасывается, а фильтрат выпаривается до объема 20—30 мл, нейтрализуется концентрированной азотной кислотой, а затем приливается избыток ее в количестве 5 мл. Раствор выпаривается на водяной бане до влажного состоя­ ния, затем добавляется еще 5 мл концентрированной азотной кислоты и еще раз выпаривается до влажного состояния; со­ держимое чашки разбавляется водой, подкисляется 5 мл кон­ центрированной азотной кислоты и фильтруется в мерную колбу. На фильтре кремниевая кислота промывается горячей водой, в полученном фильтрате ванадий определяется фото­ метрическим методом.

По приведенной прописи было произведено определение ванадия из навесок различного количества алунитовой руды:

23

lljait, навески, взятые в пределах 1—5 г, дают хорошо сходящиеся результаты, поэтому их можно считать оптималь­ ными.

б) Определение ванадия в восстановленной алунитово руде. Наконец, нами производилось определение ванадия в восстановленном алуните. Здесь ванадий может находиться частично в восстановленном виде. Поэтому выщелачивание ванадия из восстановленной алунитовой породы производится с применением окислителей.

Для этой цели к пробе восстановленного алунита в процес-; се выщелачивания добавляется сильный окислитель—2—3 мл пергидроля. Во всем остальном работа производится по мето­ дике, указанной выше. Ниже приведены результаты определе­

Полученные данные показывают большую сходимовть результатов, что является доказательством их достоверности.

в) Определение ванадия в щелочных растворах произво ства глинозема из алунитов. Оборотными щелочными раство­ рами при комплексной переработке алунитов обрабатывается восстановленный алунит, следовательно, в этих щелочных растворах должны содержаться продукты восстановления.

Естественно, при этом можно также лредположить нали­ чие ванадия в щелочном растворе в виде соединений низшей валентности. Учитывая это обстоятельство, обработку щелоч-' ного раствора производили следующим путем: 5 мл щелочно­ го раствора переводили в стакан объемом 100 мл. Порциями по 2 мл добавляли концентрированную азотную кислоту при непрерывном перемешивании содержимого стакана до тех пор, пока образовавшийся вначале осадок не растворится в

24

избытке добавленной кислоты, после чего доливают еще 5 мл кислоты и выпаривают на песочной бане до получения влажной массы. Затем еще 2 раза добавляют по 5 мл концентриро­ ванной азотной кислоты и выпаривают до влажного состояния. После такой обработки в стакан опять добавляют 5 мл концентрированной азотной кислоты, разбавляют 20—30 мл во­ ды, приливают 5 мл фосфорной кислоты, полученный раст­ вор переводят в мерную колбу на 100 мл (в некоторых случа­ ях, если в стакане образуется муть, раствор должен быть отфильтрован) и производят фотометрическое определение ванадия.

г) Определение ванадия в сульфатных солях щелочных металлов, получаемых при комплексной переработке алунита.

В этрм случае также взятая навеска соли предварительно об­ рабатывается окислителем (азотная кислота) и затем опреде­ ляется ванадий.

Ход определения: навеска соли в 5—7 г всыпается в ста­ кан емкостью 100 мл, затем добавляется 5 мл концентриро­ ванной азотной кислоты и выпаривается на песочной бане до влажного состояния. Эта операция повторяется 2—3 раза, затем к содержимому стакана добавляется 5 мл концентриро­ ванной азотной кислоты, разбавляется водой до 50—60 мл. после полного растворения соли фильтруются в мерную колбу на 100 мл, а затем, как и в предыдущих случаях, определяется ванадий. tI

2. Извлекаемость ванадия различными кислотами и щелочами

Ванадий в образцах алунитовоц руды определялся коло­ риметрическим методом. Для уточнения содержания ванадия его извлечение производилось методом сплавления с пере­ кисью натрия и щелочью (табл. 4).

Сходимости параллельных определений ванадия, а также результатов определения обоими методами обработки алунитовой руды говорят о достаточной точности и надежности полученных результатов.

Для изучения зависимости содержания ванадия от содер-

25

жания алунита в алунитовой руде ванадий определялся в различных образцах и средней пробе алунитовой руды при од­ новременном определении основных частей руды.

В табл. 5 приведены результаты анализов четырех различ­ ных образцов и средней пробы алунитовой породы с различ­ ным содержанием алюминия. Как видно из таблицы, результа­ ты параллельных определений сходятся в достаточной степени во всех случаях.

Сравнение данных определения ванадия показывает, что количественное содержание этого элемента не находится в каком-либо закономерном соотношении с содержанием алю­ миния.

Далее была изучена нзвлекаемость ванадия из сырой алу­ нитовой руды различными кислотами и щелочью. Для этого тонко размолотую алунИтовую руду кипятили с водой в тече­ ние 3 часов, оставляли на одни сутки и фильтровали, а затем к переведенному в стакан осадку добавляли 50 мл концентри­ рованной кислоты, кипятили до получения тестообразной мас­ сы, добавляли 100 мл воды, кипятили в течение 3 часов при постоянном объеме воды и фильтровали. После этого в водной, в кислотной вытяжках и в нерастворившемся остатке опреде­ ляли ванадий (табл. 6). '

Как видно из таблицы, ванадий из сырой алунитовой ру­ ды водой, соляной и азотной кислотами не извлекается, сер­ ная кислота извлекает ванадий частично, а щелочь, как вид­ но, извлекает полностью. Аналогичное исследование было произведено с обожженной алунитовой рудой.

Из вышеуказанных образцов с различным содержанием алунита были взяты навески по 5 г и подвергнуты обжигу в течение 6 часов при температуре 500—550°С. Это делалось для

26

1

ГЛАВА III

КОНЦЕНТРИРОВАНИЕ ВАНАДИЯ В ЩЕЛОЧНЫХ РАСТВОРАХ ПРОИЗВОДСТВА ГЛИНОЗЕМА

ИЗ АЛУНИТА И ПОВЕДЕНИЕ ЕГО В ПРОЦЕССАХ ПЕРЕРАБОТКИ АЛУНИТОВ

Увеличение масштабов производства глинозема требует расширения сырьевой базы алюминиевой промышленности.

Возможности современной химической технологии тако­ вы, что в промышленное использование могут быть вовлечены с достаточным технико-экономическим эффектом наряду с бок­ ситами и некоторые другие горные породы, каждая из кото­ рых имеет свои особенности. Среди них алуниты характеризу­ ются тем, что они залегают мощными и компактными масса­ ми прямо на земной поверхности, а это весьма облегчает ’и упрощает их добычу в больших масштабах.

При переработке алунитов не требуется больших затрат каустической соды. Они являются также комплексным сырь­ ем, из которого, кроме глинозема, получают и такие ценные продукты, как сульфатные соли щелочных металлов, серная кислота, ванадий, галлий и др.

Алунит относится к классу сульфатов и их аналогов. В группу алунитов входят разные минералы. Например, натроалунит, ярозит, аргентоярозит, натроярозит, плюмбоярозит и т. п.

Разные авторы дают разную химическую формулу мине­ рала алунита [62—66], но нижеприведенная формула, и с на­ шей точки зрения, дает более правильное представление о хи­ мической природе алунита:

(K,Na)2S 0 4 Al2(S 04)3'4A l(0H )3

[67], так как минерал алунит представляет собой основные натриево-калиевые квасцы.

В чистом виде в качестве самостоятельного минерала алу-

28

нит встечается очень редко и не образует значительных скоп­ лений.

Вбольшинстве случаев он пропитывает массы пород, ко­ торые послужили исходным материалом для его образования.

Вчистом алуните содержится 37% глинозема, а в алунитовой породе — около 22%.

Теоретический состав алунита по Дану [68]:

А120 3—37%, S 03—38,6%, К20 —11,4% и Н20 —13%.

При прокаливании алунит разлагается на гидрат окиси алюминия и ца двойной сульфат калия и алюминия:

К[А1(ОН),]3 (S04)2 = KA1(S04)2+A120 8-3H20 .

При этом1вся вода удаляется в процессе нагрева до 500°С. Воздействие на обожженный продукт водой растворяет двой­ ной сульфат, а А120 3*пН20 остается в осадке.

Наиболее интересные методы' переработки алунита, на­

Алуниты рассматривания не только как сырье, применяе­ мое для получения квасцов или глинозема, но и как комплекс­ ное сырье, которое имеет в своем составе такие ценные компо­ ненты, как SQ3, К20 , Na20 , Ga, V2O5 и др. Поэтому он представляет очень большой интерес для промышленности именно как комплексное сырье.

Н. М. Федоровский в своей работе дает большой список продуктов, полученных из алунитов в США еще в 1924 г. [69] / Перед мировой воййой алуниты привлекали к себе особое внимание американских ученых. Ниже коротко описываются

некоторые работы, относящиеся к этому времени.

В 1912 году Ваггаман [70] опубликовал свои исследова­ ния по вопросам получения из алунита калийных соединенйй. Он отметил, что после нагрева алунита примерно до 700° он легко поддается выщелачиванию с образованием сернокисло­ го калия.

Хаппель [74] изучал действие на прокаленный алунит сер­ ной кислоты: он пропускал через получаемые растворы аммиак и осаждал гидрат окиси алюминия. В получаемых патентах Хаппель рекомендует принять медленную кальцинацию алу­ нита в пределах 750°—1000° при сильном токе воздуха. При этом алунит переводится в глинозем, а калий остается в виде растворимого сульфата. Кальцинация производится в две ста­ дии. В первой температура сравнительно быстро доводится до 600°; при этом выделяется небольшая часть сернистых га­ зов, посде чего материал переводят в закрытую реторту и тем­

29