способ гидрохимической обработки нефелинового шлама

Формула изобретения

Способ гидрохимической обработки нефелинового шлама, заключающийся в промывке шлама и обработке щелочным соединением, отличающийся тем, что нефелиновый шлам обрабатывают известковым молоком с дозировкой 1,0-5,0 молей СаО активного на один моль суммы щелочей в нефелиновом шламе при температуре 25-95°С в течение 1-4 ч.

Описание изобретения к патенту

Предлагаемое изобретение относится к технологии портландцементного клинкера, в частности к производству портландцементного клинкера из нефелинового (белитового) шлама при комплексной переработке нефелинов.

Известен способ гидрохимической щелочной обработки нефелинового шлама [Абрамов В.Я., Алексеев А.И., Бадальянц Х.А. Комплексная переработка нефелино-апатитового сырья. - М.: Металлургия, 1990. - с.219-220], сущность которого заключается в обработке нефелинового шлама раствором NaOH при температуре 95°С с целью образования активных продуктов разложения исходного C₂ S. Недостатком способа является использование дорогостоящего щелочного реагента и многоступенчатой промывки обработанного шлама, при этом содержание щелочей в шламе сохраняется на недопустимо высоком уровне (более 2%).

В способе гидрохимической обработки нефелинового шлама [Сизяков В.М. и др. в сб. Труды ВАМИ №97. - Л.: 1977 - с.80-82] щелочной раствор заменяется более дешевым раствором соды, при этом основные недостатки предыдущего аналога сохраняются.

В одном из способов [Абрамов В.Я., Алексеев А.И., Бадальянц Х.А. Комплексная переработка нефелино - апатитового сырья. - М.: Металлургия, 1990. - с. 224-227] предлагается вести обработку содо-поташным раствором, образующимся в результате карбонизации алюминатных растворов глиноземного производства. Как и в ранее рассмотренных аналогах, этот способ отличается большим количеством технологических операций, необходимых для отделения содово-силикатного раствора, его регенерации, промывки нефелинового шлама и утилизации промывных вод. При этом в шламе также сохраняется высокое содержание щелочей.

Известны способы повышения качества сырьевой портландцементной смеси за счет ее водной обработки хлоридными или сульфатными солями [Абрамов В.Я., Алексеев А.И., Бадальянц Х.А. Комплексная переработка нефелино-апатитового сырья. - М.: Металлургия, 1990. - с.221], недостаток которых заключается в применении значительного количества хлор- и серусодержащих материалов и сохранении высокого содержания щелочей в сырьевой смеси и клинкере.

За прототип предлагаемого способа (А.С. СССР №530001. -Б.И.-1976.- №36) принят способ гидрохимической обработки нефелинового шлама для производства портландцементного клинкера воздействием на шлам щелочным раствором, отличающийся тем, что с целью увеличения выхода продукта реакции нефелиновый шлам предварительно обрабатывают углекислым газом в водной среде при 25-95°С в течение 2-6 ч.

В прототипе за счет карбонизации нефелинового шлама в водной среде достигается его глубокое разложение, что является условием увеличения выхода продуктов при последующем воздействии на шлам щелочным раствором.

Недостатком данного способа (прототипа) является:

1) высокое содержание щелочных компонентов в сырьевой портландцементной смеси;

2) необходимость использования кислотных и дорогостоящих щелочных реагентов;

3) большое число вспомогательных операций в связи с фильтрацией и промывкой полупродуктов, регенерацией щелочи из силикатного раствора.

Задачей предлагаемого изобретения является совершенствование процесса гидрохимической обработки нефелинового шлама, обеспечивающее получение портландцементной сырьевой смеси и клинкера с пониженным содержанием щелочей, уменьшение расхода дорогостоящих реагентов и количества технологических операций.

Задача решается за счет того, что в способе гидрохимической обработки нефелинового шлама, заключающемся в промывке шлама и обработке щелочным соединением, согласно изобретению нефелиновый шлам обрабатывают известковым молоком с дозировкой 1,0-5,0 молей СаО активного на один моль суммы щелочей в нефелиновом шламе при температуре 25-95°С в течение 1-4 часов.

Извлечение щелочей из щелочных силикатов и алюмосиликатов при участии известкового молока основано на образовании в установленном технологическом режиме термодинамически прочных кальциевых гидросиликатов и гидроалюмосиликатов в результате обменных реакций. Ионообменный механизм взаимодействия, контролируемый внутренней диффузией, исключает возможность пассивации реакционной поверхности и позволяет получать конечный продукт оптимального химического состава для выпуска портландцемента, содержащего по нормам "Гипроцемента" 0,6-0,8% масс. суммы Na ₂O+K₂О. Достижение заданных технологических показателей обеспечивается за счет управления кинетическим режимом с помощью температуры процесса и дозировки известкового молока, и продолжительности гидрохимической обработки. Выбор значений перечисленных параметров определяется возможностью их реализации в заводских условиях, с достижением заданных производственных и приемлемых технико-экономических показателей.

Дополнительно за счет гидролиза C₂S при каталитическом действии СаО происходит образование гидросиликатов кальция с молярным отношением CaO/SiO₂=0,8-2,0, присутствие которых в сырьевой смеси обеспечивает эффект минерализации при клинкерообразовании.

Пример №1

Репульпированный нефелиновый шлам после четвертой ступени противоточной промывки алюминатного раствора глиноземного производства обрабатывают известковым молоком в количестве, обеспечивающем дозировку 5 молей СаО на один моль суммы Na₂O+K₂O при температуре 95°С в течение 3 часов. Полученную суспензию направляют на следующую ступень противоточной промывки. Окончательно промытый и сгущенный до остаточной влажности 40-42% нефелиновый шлам поступает на приготовление портландцементной сырьевой смеси. Химический состав полученного продукта, масс.%: СаО 58,9; SiO₂ 28,3; А1₂ О₃ 2,6; (Na₂O+K₂O) 0,9; Fе ₂O₃ 2,2; п.п.п.,1, прочие 1,0. Полученный продукт представляет собой измененный нефелиновый шлам, при шихтовке которого с известняком, бокситом и пиритными огарками до сырьевой смеси традиционного состава в результате последующего обжига обеспечивается получение портландцементного клинкера с содержанием 0,6% масс. суммы Na₂О+K₂О.

Пример №2

Репульпированный нефелиновый шлам после пятой ступени промывки обрабатывают известковым молоком в количестве, обеспечивающем дозировку 5 молей СаО на один моль суммы Na₂O+K ₂O, при температуре 60°С в течение 4 часов. Полученную суспензию направляют на следующую ступень противоточной промывки. Окончательно промытый и сгущенный до остаточной влажности 40-42% нефелиновый шлам поступает на приготовление портландцементной сырьевой смеси. Химический состав полученного продукта, масс.%: СаО 58,7; SiO₂ 28.4; Аl₂О₃ 2,6; (Na₂O+K₂O) 1,2; Fе₂O₃ 2,3; п.п.п. 5,5, прочие 1,3. Полученный продукт представляет собой измененный нефелиновый шлам, при шихтовке которого до сырьевой смеси традиционного состава в результате последующего обжига обеспечивается получение портландцементного клинкера с содержанием 0,8% масс. суммы Na₂O+K₂O.

Пример №3

Пример №3 аналогичен примеру №1: обработка производилась при дозировке 1 моля СаО активного в течение 1 часа. Химический состав полученного продукта, масс.%: СаО 57,4; SiO₂ 29,8; Аl₂O₃ 2,8; (Na₂O+K ₂О) 1,3; Fe₂О₃ 2,3; п.п.п. 4,6, прочие 1,7. Содержание суммы щелочей в портландцементном клинкере - 0,8% масс.

Пример №4

Песковая фракция промытого нефелинового шлама, разгружаемая с вертикальных промывателей, размалывается в шаровых мельницах совместно с известковым молоком при его дозировке 3 моля СаО активного на 1 моль суммы Na₂O+K₂ O. Полученную суспензию выдерживают в репульпаторе при температуре 80°С в течение 3 часов, затем сгущают до остаточной влажности 40-42%. Химический состав полученного продукта, масс.%: СаО 57,8; SiO₂ 28,7; Аl₂О₃ 2,6; (Na ₂O + K₂О) 1,3; Fe₂O₃ 2,3; п.п.п. 5,4, прочие 1,9. Полученный продукт представляет собой измененный нефелиновый шлам, при шихтовке которого до сырьевой смеси традиционного состава и последующем обжиге обеспечивается получение портландцементного клинкера с содержанием 0,8% масс. суммы Nа₂O+K₂О.

Пример №5

То же, что пример №2; обработка проводилась при дозировке 1 моля СаО и температуре 90°С в течение 4 часов. Химический состав полученного продукта, масс.%: СаО 57,5; SiO₂ 29,6; Аl₂ О₃ 2,5; (Na₂O+K₂O) 1,2; Fе ₂О₃ 2,3; п.п.п. 5,0, прочие 1,9. Содержание суммы щелочей в портландцементном клинкере 0,75% масс.

Пример №6

То же, что пример №2, но обработка проводилась при 55°С в течение 0,8 часа. Химический состав полученного продукта, масс.%: СаО 59,1; SiO₂ 28,7; Al₂O₃ 2,7; (Na₂O+K₂O) 1,5; Fе₂ О₃ 2,3; п.п.п. 4,9, прочие 1,5. Содержание суммы щелочей в портландцементном клинкере 0,95% масс.

Пример №7

То же, что пример №3, но обработка проводилась при дозировке 0,7 молей СаО активного в течение 0,9 часа. Химический состав полученного продукта, масс.%: СаО 57,5; SiO₂ 30,1; Аl₂О₃ 2,8; (Na₂O+K₂ O) 1,55; Fе₂O₃ 2,3; п.п.п. 4,8, прочие 0,95. Содержание суммы щелочей в портландцементном клинкере 1,0% масс.

Пример №8

То же, что пример №1, но обработка проводилась при дозировке 5,5 молей СаО активного при температуре 98°С в течение 5 часов. Химический состав полученного продукта, масс.%: СаО 57,6; SiO₂ 27,2; Аl₂О₃ 2,5; (Na₂O+K₂O) 0,8; Fе₂ О₃ 1,8; п.п.п. 8,8, прочие 1,3. Содержание суммы щелочей в портландцементном клинкере 0,5% масс.

Пример №9

То же, что пример №5, но обработка проводилась при дозировке 0,9 молей СаО активного при температуре 15°С. Химический состав полученного продукта, масс.%: СаО 57,7; SiO₂ 30,2; Аl₂О₃ 2,7; (Na₂O + K₂ O) 1,5; Fе₂O₃ 2,2; п.п.п. 4,8, прочие 0,9. Содержание суммы щелочей в портландцементном клинкере 0,95% масс.

Результаты гидрохимической обработки нефелинового шлама приведены в таблице.

Технический эффект предлагаемого изобретения:

1) снижение содержания щелочных компонентов в нефелиновом шламе и портландцементном клинкере;

2) введение одной технологической операции - гидрохимической обработки известковым молоком для корректировки фазового и химического состава нефелинового шлама взамен обработки нефелинового шлама углекислым газом, раствором NaOH, многостадийной отмывки щелочи и ее регенерации из растворенных продуктов взаимодействия;

3) исключение расхода каустической щелочи и дополнительного количества воды на промывку.

Предлагаемый способ прошел полупромышленные испытания. Ожидаемые результаты полностью подтвердились.