способ получения глинозема из нефелинового сырья

Формула изобретения

Способ получения глинозема из нефелинового сырья, включающий приготовление шихты из нефелинового сырья, известняка, содопоташного раствора, спекание шихты и выщелачивание спека, отличающийся тем, что в шихту добавляют каолиновые глины в количестве 1 - 50% в качестве маложелезистой алюмосиликатной добавки.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к алюминиевой промышленности, а именно к способам производства глинозема.

Известен способ спекания нефелинового сырья на основе высокощелочной шихты. По данному способу шихта составляется из породы, известняка и оборотного щелочного или содового раствора при соотношении компонентов:

(Na,K₂)O/(Al₂O₃+Fe₂O₃+SiO₂)=1;

CaO/SiO₂=1

Недостатком этого способа является сложность регенерации щелочей из шламов после выщелачивания спеков, что осложняет аппаратно-технологическую схему и приводит к снижению эффективности процесса получения глинозема [1].

Наиболее близким техническим решением, выбранным в качестве прототипа, является способ получения глинозема из нефелиновых руд методом спекания с известняком и содопоташными растворами. В основе способа лежит реакция образования в процессе спекания алюмината натрия и двухкальциевого силиката. Выход глинозема и щелочи в этом способе определяется в значительной степени содержанием оксида железа [2].

Недостатком этого способа является наличие в нефелиновых рудах повышенного количества оксида железа. Переработка нефелиновых руд с таким содержанием Fe₂O₃ способом спекания невозможна из-за резкого снижения температуры плавления шихты, получения плотного спека и значительного снижения извлечения глинозема. При этом глинозем будет связан в нерастворимые щелочные алюмоферриты.

Техническим результатом изобретения является увеличение выхода глинозема. Указанный технический результат достигается тем, что в способе получения глинозема из нефелинового сырья включающем приготовление шихты из нефелиновой руды, известняка, содопоташного раствора, спекание и выщелачивание спека, новым является то, что в шихту добавляют каолиновые глины в количестве 1-50 % в качестве маложелезистой алюмосиликатной добавки.

Каолиновые глины характеризуются высоким содержанием оксида алюминия (до 32,0-33,0%) и низким содержанием оксида железа (1,0-1,5%).

В результате добавки каолиновых глин в сырьевую шихту на основе нефелиновых руд повышается содержание глинозема в шихте и cпеке и снижается содержание оксида железа. Это приводит к снижению количества образующихся в процессе спекания твердых растворов в системе

Na₂O Al₂O₃ - Na₂O Fe₂O₃,

влияет на формирование кристаллической структуры алюминатов Na и K и двухкальциевого силиката, расширяет "площадку спекообразования", более полно протекают процессы образования основных минеральных фаз, улучшает качество спека и соответственно повышает извлечение глинозема.

Добавка коалиновых глин к нефелиновой руде менее 1% дает минимальное снижение содержания оксида железа в шихте и в спеке и увеличение извлечения глинозема за счет этого будет в пределах точности анализов.

Добавка каолиновых глин более 50% приведет к увеличению содержания кремнезема в исходной сырьевой смеси и увеличит расход известняка на единицу сырьевой шихты, что приведет к увеличению материальных потоков на 1 т глинозема в спеке и повысит расход топлива.

Использование коалиновых глин в качестве маложелезистой добавки к нефелиновым рудам при получении глинозема способом спекания с известняком и содопоташными растворами не было выявлено из других технических решений в данной области техники.

В таблице 1 приведены составы исходных сырьевых компонентов и результаты расчета сырьевых смесей на основе нефелиновой руды Кия-Шалтырского месторождения и коалиновой глины Компановского месторождения.

Из сырьевых смесей Кия-Шалтырской нефелиновой руды и Компановской каолиновой глины в указанных в табл. 1 соотношениях приготовлены сырьевые шихты. Для связывания кремнезема в двухкальциевый силикат использовался известняк Мазульского месторождения. Для связывания оксидов алюминия и железа в алюминат и феррит натрия использовался карбонат натрия марки ч.д.а. Спекание проводили в лабораторной шахтной печи при скорости нагрева 10^oC/мин. При температуре 1250^oC спеки выдерживались в печи в течение 30 мин. Спеки охлаждали вмести с печью до 400^oC, затем охлаждение производили на воздухе. Затем спеки выщелачивали и по анализу шламов рассчитывали извлечение глинозема и щелочи. Результаты расчета составов шихт и спеков приведены в табл. 2.

В табл. 3 приведены величины извлечения глинозема и щелочей в зависимости от количества каолиновой глины в сырьевой смеси.

Реализация предлагаемого способа в промышленных условиях заключается в следующем: нефелиновая руда дробится и измельчается на содо-щелочном растворе до требуемой крупности, каолиновая глина размучивается, например, в мельнице "Гидорофол" и смешивается в требуемом соотношении. Затем эта смесь подается либо на совместное измельчение с предварительно измельченным либо дробленым известняком с получением заданного соотношения компонентов в шихте. Далее шихта подвергается дополнительному измельчению с целью гомогенезации химического состава и спекается. Полученный спек подвергается выщелачиванию с переводом оксидов алюминия и щелочных металлов в раствор, а кремнезема в шлам. Результаты расчета составов шихты и спеков приведены в табл. 2.

Анализ результатов экспериментов показал, что введение в сырьевую смесь на основе нефелина каолиновой глины снижает содержание оксида железа в шихте и спеке (см. табл. 2). Это приводит к улучшению качества спека и повышает извлечение глинозема и щелочи. Так, дозировка каолиновой глины в количестве 1, 20 и 50% снижает содержание оксида железа в шихте и спеке с 2,15% и 2,94% (100% нефелина) до 2,13% и 2,92%; 1,80 % и 2,48%; 1,30 % и 1,84% соответственно. При этом извлечение глинозема и щелочи увеличилось с 88,5% и 87,3% (100% нефелина) до 88,6% и 87,4% (1% коалиновой глины); 89,3% и 87,9% (20% коалиновой глины); 88,8% и 87,5% (50% коалиновой глины) (табл. 3). Таким образом, данные табл. 3 подтверждают вывод о том, что при добавлении каолиновой глины к нефелиновой руде за счет снижения содержания оксида железа улучшается качество спека и повышается извлечение глинозема и щелочи при выщелачивании. Кроме того, применение в качестве маложелезистой добавки каолиновых глин позволит расширить сырьевую базу алюминиевой промышленности.

Источники информации:

1. В.Я. Абрамов, А.И. Алексеев, Х.А. Бадальянц. Комплексная переработка нефелино-апатитового сырья. - М.: Металлургия, 1990, 239 с.

2. Б. И. Арлюк, Ю.А. Лайнер, А.И. Пивнев. Комплексная переработка щелочного алюминийсодержащего сырья. - М. : Металлургия, 1994, - 56-61 с. (прототип).