Monika Machał Kraków, 30.11.2012r.

Monika Olech

Marta Sęk

Metalurgia III rok

Gr II, zespół IV

Procesy Metalurgii Ekstrakcyjnej

Temat: „Otrzymywanie tlenku glinowego metodą profesora Grzymka”

1)Wstęp teoretyczny

Metoda otrzymywania tlenku glinowego metodą Grzymka bazuje na boksytach o niskim module krzemionkowym oraz na ubogich surowcach glinonośnych. Metoda ta polega na spiekaniu surowca z kamieniem wapiennym w temperaturze 1375^oC, proces ten prowadzi się do utworzenia ortokrzemianu wapniowego i glinianów wapniowych. Powstanie ortokrzemianu wapniowego jest korzystne ze względu na powstawanie spieku samorozpadowego. Kolejnym etapem jest ługowanie w roztworze sody Na₂CO₃ i ługu NaOH, w trakcie ługowania występują reakcje szkodliwe powodujące powstawanie związków glinu tworzące osad, który powoduje straty w uzysku tlenku glinowego.

Dalszym etapem procesu jest karbonizacja który polega na przepuszczaniu gazowego CO₂

w roztworze zawierającym glinian sodowy. Proces ten prowadzi do otrzymania krystalicznego wodorotlenku glinowego, który jest przeprowadzany do Al₂O₃ w procesie karbonizacji. Ostatnim procesem jest otrzymywanie metalicznego aluminium w procesie elektrolizy

Inna znana metoda nazywa się metodą Bretsznajdera. Polega ona na rozkładzie gliny kwasem siarkowym, po czym oddziela się w procesie filtrowania krzemionkę i inne składniki nierozpuszczalne. Następnie wydziela się z roztworu sól zasadową i praży ją. W wyniku prażenia sól zasadowa rozkłada się na tlenek glinowy Al₂O₃ oraz gazy, z których regeneruje się kwas siarkowy. Znane z publikacji metody wytwarzania tlenku glinu z niskoprocentowych surowców glinonośnych nie są dotychczas stosowane w skali przemysłowej. Wynika to ze złożoności zastosowanych operacji technologicznych. Sposób według wynalazku polega na zmieszaniu surowca glinonośnego z siarczanem amonowym, a następnie kalcynowaniu powstałej mieszaniny w temperaturze 600 do 900 K w czasie od 0,5 do 4 godzin. Z powstałego spieku ługuje się sole glinu i następnie wydziela się z roztworu koncentrat glinowy przez neutralizację roztworu. Wydzielający się wodorotlenek żelazowy redukuje się do postaci wodorotlenku żelazawego. Surowiec glinonośny miesza się z siarczanem amonowym korzystnie w ilości stechiometrycznej dla otrzymania siarczanu glinowego, najkorzystniej z nadmiarem siarczanu amonu w ilości 10 do 15% wagowych. Ługowanie soli glinu ze spieku prowadzi się korzystnie za pomocą wody lub roztworu kwasu siarkowego o stężeniu do 5% wagowych. Natomiast wydzielanie koncentratu glinowego z roztworu prowadzi się korzystnie przez absorbowanie w nim amoniaku, neutralizując gazami piecowymi roztwór ekstrakcyjny do wartości pH do 6. Redukcję wodorotlenku żelazowego korzystnie prowadzi się redukcyjnymi związkami siarki lub metalicznym glinem. Zasadniczą zaletą tej metody jest prostota operacji, niska temperatura procesu kalcynacji i małe zapotrzebowanie energii cieplnej oraz całkowite zamknięcie w obiegu siarczanu amonowego. W ten sposób eliminuje się uciążliwe ścieki przemysłowe. Uzysk glinu z surowca wynosi około 80%, przy czym otrzymany koncentrat glinowy charakteryzuje się zawartością tlenku glinu Al₂O₃ powyżej 60% oraz udziałem krzemionki Si02 poniżej 3% i tlenku żelaza Fe₂0₃ poniżej 0,2%.

2) Cel ćwiczenia

Celem ćwiczenia jest zapoznanie się z procesem otrzymywania tlenku glinowego metodą prof. J. Grzymka.

3)Przebieg ćwiczenia

Ługowanie spieku:

odmierzyć w kolbie miarowej 60 ml roztworu wodnego sody (Na₂CC>3 -2.8 g/l) i ługu
sodowego (NaOH - 2g/l) a następnie przelać do zlewki na 250 ml i podgrzać na
palniku gazowym do temperatury 75 C,

odważyć 3 próbki, każda około 10 g spieku samo-rozpadowego ( o zawartości: AI2O3-
14,5 % wag.) wsypać do zlewki i poddać procesowi ługowania, używając mieszadła
mechanicznego i utrzymując stale temperaturę 75 C,

5 CaO 3 AI2O3 + 5 Na₂CO₃ + 2H₂O => 6 NaAIO₂+ NaOH + 5 CaCO₃ CaO

AI2O3 + 2 NaOH + H₂O => 2 NaAIO₂+ Ca(OH)₂ +H₂O

•ługować odpowiednio 10, 20 i 30 min, przesączyć gęstwę poprzez papierowy sączek
do kolby próżniowej Erlenmayera przy użyciu pompki wodnej (na sączku pozostanie
nierozpuszczalny ortokrzemian wapniowy 2CaOSiO₂ który może być użyty, po
wysuszeniu, do produkcji cementu),

•ostudzić otrzymany przesączony roztwór (NaA10₂) do temperatury pokojowej.

Rozkład glinianu sodowego metodą karbonizacji:

Przeprowadzić karbonizację za pomocą CO₂ z butli, przepuszczając gaz przez roztwór
umieszczony w kolbie, w czasie 5 min,

I etap- neutralizacja ługu:

2 NaOH + CO₂ => Na₂CO₃ + H₂O

II. Etap- rozkład i wytrącanie wodorotlenku:

NaAl0₂+ 2H₂O => AI(OH)_{3 (s)} +NaOH

przesączyć roztwór przez sączek do próżniowej kolby Erlenmayera za pomocą
pompki wodnej (osad pozostały na sączku stanowi wydzielony A1(OH)₃),

pozostałość na sączku przepłukać woda destylowaną, około 200 ml, wyjąć z lejka i
wysuszyć w suszarce w temperaturze poniżej 100 °C, zważyć ilość otrzymanego A1(OH)₃ po wysuszeniu.

4)Przykładowe obliczenia

Dla próbki pierwszej

*obliczanie zawartości Al₂O₃ w spieku

Masa próbki 10,2 g - 100%

Masa Al₂O₃ w spieku X g - 14,5% wagowa zawartość Al₂O₃

X = 1,479 g

*obliczanie uzysku Al₂O₃

Masa atomowa 2Al(OH)₃ 156 - 102 masa atomowa Al₂O₃

Masa osadu Al(OH)₃ 1,2g - X g uzysk Al₂O₃ (15min)

X = 0,785 g

*obliczanie wydajności procesu

=

*Tabelka zbiorcza wyników doświadczenia

czas[min]	masa spieku[g]	masa Al(OH)3 [g]	masa Al2O3 w spieku [g]	masa suchego Al2O3 [g]	wydajność[%]
15	10,2	1,2	1,479	0,785	52,66
20	10,3	1,45	1,4935	0,948	63,47
25	10	1,38	1,45	0,902	62,2

5)Wnioski

Metoda Grzymka bazuje na surowcach ubogich w tlenek glinowy. W Polsce była ona wykorzystywana jako produkcja uboczna przy produkcji cementu. Z punktu widzenia procesu i jego prowadzenia na podstawie badań można stwierdzić, iż zwiększenie czasu ługowania powoduje początkowy wzrost uzysku do pewnej wartości maksymalnej w naszym przypadku po 20min trwania procesu. Po czym spada. Oczywiście wiemy dobrze że należy prowadzić proces tak aby uzyskać jak najwięcej tlenku glinowego. Pożądaną reakcją jest reakcja w wyniku której powstaje NaAlO₂ (glinian sodowy) który to przechodzi do roztworu. W procesie karbonizacji otrzymujemy tlenek glinowy z którego to w procesie kalcynacji i elektrolizy otrzymujemy metaliczny glin.