Выщелачивание оксида алюминия из хромового шлама: обзор методики и её модификаций

В статье автор исследует методику выщелачивания оксида алюминия из шлама хромового производства.

Ключевые слова: оксид алюминия, хромовый шлам, выщелачивание.

Хромовый шлам, являющийся побочным продуктом производства хромовых соединений, содержит значительные количества оксида алюминия (Al ₂ O ₃ ), ценного сырья для различных отраслей промышленности. Выщелачивание — один из ключевых методов выделения Al ₂ O ₃ из хромового шлама [1]. Методика заключается в растворении оксида алюминия, содержащегося в хромовом шламе, водным раствором щелочи (NaOH или Na ₂ CO ₃ ) при повышенной температуре и последующим осаждением его в виде гидроксида алюминия.

Процесс выщелачивания [3]:

1. Подготовка шлама: Шлам измельчают до необходимого размера частиц для увеличения поверхности контакта с раствором. Перед выщелачиванием можно предварительно высушить шлам.
2. Выщелачивание: Измельченный шлам обрабатывают раствором NaOH или Na ₂ CO ₃ при температуре 100–200 °C при постоянном перемешивании. Выщелачивание проводят 2 часа. Оксид алюминия переходит в раствор в виде алюминатов (NaAlO ₂ ). Также необходимо использовать обратный холодильник для избежание улетучивания продукта. Установка для выщелачивания представлена на рисунке 1

Рис. 1. Установка для выщелачивания оксида алюминия: 1 — трехгорлая колба; 2,3 — механическая мешалка; 4 — термометр; 5 — обратный холодильник

3. Отделение твердой фазы: Полученный раствор фильтруют, отделяя нерастворимые компоненты хромового шлама. Анализируют полученный остаток на содержание алюминия. При большом остаточном содержание можно провести повторное выщелачивание.
4. Осаждение гидроксида алюминия: В фильтрат добавляют воду, что приводит к гидролизу алюминатов и осаждению гидроксида алюминия (Al(OH) ₃ ). В качестве осаждающего вещества можно использовать раствор соляной кислоты или кристаллический хлорид аммония NH ₄ Cl. Последний является наиболее приоритетным, так как значительно увеличивает эффективность осаждения при небольших затратах реагента [4].
5. Промывка и кальцинирование: Осажденный Al(OH) ₃ промывают раствором сульфата натрия для удаления примесей и подвергают термической обработке (кальцинированию) при температуре 700–800 °C, получая оксид алюминия (Al ₂ O ₃ ).

Преимущества метода выщелачивания [5]:

– Высокая степень извлечения Al ₂ O ₃ : Метод позволяет извлечь до 90 % оксида алюминия из хромового шлама.

– Относительно простая технология: Метод не требует сложного оборудования и может быть реализован на существующих предприятиях.

Недостатки метода выщелачивания:

– Высокое потребление энергии: Процесс выщелачивания требует высоких температур, что приводит к значительным затратам на энергию.

– Загрязнение сточных вод: Метод приводит к образованию щелочных сточных вод, требующих очистки.

– Образование твердых отходов: Остаточный твердый остаток после выщелачивания также требует утилизации.

Модификации метода выщелачивания:

– Применение биовыщелачивания: Использование микроорганизмов для увеличения эффективности процесса выщелачивания и уменьшения потребления энергии.

– Применение альтернативных реагентов: Замена NaOH или Na ₂ CO ₃ более эффективными и экологичными реагентами, например, солями органических кислот.

– Для повышения степени извлечения алюминия в процессе выщелачивания эффективнее применять раствор аммиака или сухой гидроксид алюминия.

– Сочетание с другими методами: Комбинирование выщелачивания с другими методами, например, флотацией или магнитной сепарацией, для улучшения качества конечного продукта.

Перспективы развития [6]:

– Разработка новых методов очистки сточных вод, образующихся при выщелачивании.

– Создание замкнутых технологических циклов, минимизирующих образование отходов.

В целом, выщелачивание является эффективным методом выделения оксида алюминия из хромового шлама. Однако для его совершенствования необходимо дальнейшее развитие методики с целью повышения ее эффективности, экологичности и экономичности.

Литература:

1. Сарсенов А. М., Кабиева А, Амерханова Ш. Проблемы увеличения комплексности использования сырья при переработке хромитовых руд // Промышленность Казахстана, 2012. — № 4 (73). — С.79–82.
2. Химическая энциклопедия: В 5 т.: т.2: Даффа-Меди /Редкол.: Кнунянц И. Л. (гл. ред.) и др. — М.: Сов. энцикл., 1990. — 671 с.
3. Плышевский Ю. С., Гаркунова Н. В., Ткачев К. В. О переработке некоторых техногенных отходов // Тр. УНИХИМ-Вып.72, Екатеринбург, — 2005. — С.20–25
4. Авербух Т. Д., Павлов П. Г. Технология соединений хрома. Л.: Химия, 1967. — 376 С.
5. Рябин В. А., Попильский М. Я., Солошенко А. А. и др. Современные технологи переработки хромовых руд, нейтрализации и утилизации токсич­ных отходов // Сб. науч.-техн. конф. по переработке техно­генных образований Техноген-97, Екатеринбург. — С. 59–61.
6. Бабаян, Е. А. Переработка хромсодержащих отходов гальванических производств: Дисс…канд. тех. наук. — М. — 1988. — 191 с.