способ переработки бокситов

Формула изобретения

1. Способ переработки бокситов, включающий выщелачивание бокситов с получением алюминатного раствора и красного шлама, смешение алюминатного раствора и известьсодержащего соединения для приготовления материала на основе трехкальциевого гидроалюмината, нанесение его на фильтр, фильтрование алюминатного раствора через слой материала, выделение гидроксида алюминия из очищенного алюминатного раствора, отличающийся тем, что приготовление материала на основе трехкальциевого гидроалюмината ведут в присутствии затравки, предварительно полученной смешением алюминатного раствора и известкового молока при температуре 40-60°С в течение 20-40 ч, или затравки из гидроксида алюминия или красного шлама.

2. Способ по п.1, отличающийся тем, что затравку на смешение алюминатного раствора и известьсодержащего соединения подают в количестве 2-60 г/л.

3. Способ по п.1, отличающийся тем, что материал слоя после фильтрования алюминатного раствора направляют на выщелачивание.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к цветной металлургии, а именно к технологии переработки алюминийсодержащего сырья, с получением глинозема и гидроксидов алюминия.

Примеси в составе глинозема, которые переходят из бокситов в алюминатные растворы при выщелачивании, оказывают существенное влияние на качество получаемого алюминия и технологию электролиза, изменяя состав электролита, уменьшая выход по току, изменяя скорость растворения глинозема в ванне электролиза и другим отрицательным последствиям. Так, получение глинозема с повышенным содержанием соединений железа, оксиды которого более электроположительные, чем алюминия, приводит при электролизе криолитоглиноземных расплавов к выделению железа на катоде и, тем самым, загрязнению алюминия этой примесью.

Получение гидроксидов алюминия с повышенным содержанием примесей, главным образом соединений железа, исключает использование этих гидроксидов в областях, где требуется высокий уровень белизны продукта.

Известны различные способы очистки алюминатных растворов, полученных в результате выщелачивания алюминийсодержащего сырья, от примесей, в том числе включающие фильтрование растворов через слой материалов, нерастворимых в алюминатных растворах.

Известен способ очистки алюминатных растворов от соединений железа и других примесей, включающий фильтрование алюминатного раствора через слой железосодержащих частиц, устойчивых к воздействию щелочного алюминатного раствора, например частиц из нержавеющей стали (Пат. США №3729542, кл. С01F 7/02, 1969).

Недостатками способа являются невысокая эффективность очистки и трудности регенерации специально приготовленного фильтрационного материала.

Известен также способ очистки алюминатных растворов от примесей, в том числе соединений железа, включающий фильтрование алюминатного раствора через слой гранулированного моногидратного боксита (Пат. США №3728432, кл. С01F 7/02, 1970).

Недостатком способа являются существенные потери оксида алюминия, содержащегося в алюминатных растворах.

Известен также способ очистки алюминатных растворов от примесей, главным образом коллоидных железосодержащих частиц, включающий фильтрование алюминатного раствора через слой песчаного материала, получающегося в автоклавах при выщелачивании бокситов по способу Байера (Европейский пат. №0339766, кл. 01F 7/46, 1988).

Недостатком способа является необходимость термической регенерации материала при 200-600°С.

Общим недостатком известных способов является невозможность достижения высокой производительности фильтрационного оборудования с одновременно высокой степенью растворов от взвешенных частиц и катионов элементов - примесей.

Наиболее близким по технической сущности и достигаемому эффекту является способ переработки бокситов, включающий их выщелачивание с получением алюминатного раствора, очистку алюминатного раствора от примесей, приготовление трехкальциевого гидроалюмината смешением алюминатного раствора и известьсодержащего соединения, нанесение на фильтр слоя материала, одним из компонентов которого является трехкальциевый гидроалюминат, и фильтрование алюминатного раствора через слой (Авторское свидетельство СССР №194072, кл. С01F 7/46, 1965). Согласно данному способу для получения гидроксида алюминия с пониженным содержанием примесей, в том числе Fe₂O₃, в алюминатный раствор вводят 10-12 г/л гидроксида алюминия или 20-25 г/л трехкальциевого гидроалюмината, а также 0,005-0,01 г/л перманганата калия. Затем после отстаивания раствор подвергают фильтрованию через вспомогательный слой из гидроксида алюминия или трехкальциевого гидроалюмината.

Недостатком способа-прототипа является громоздкость и его низкая производительность, связанная с необходимостью отделения больших количеств мелкодисперсной твердой фазы от очищаемого раствора на стадии отстаивания и фильтрования (пример 1).

Технической задачей заявляемого способа является устранение указанных недостатков, а именно упрощение и повышение производительности.

Технический результат достигается тем, что в способе переработки бокситов, включающем выщелачивание бокситов с получением алюминатного раствора и красного шлама, приготовление трехкальциевого гидроалюмината смешением алюминатного раствора и известьсодержащего соединения, нанесение на фильтр слоя материала, одним из компонентов которого является трехкальциевый гидроалюминат, фильтрование алюминатного раствора через слой, выделение гидроксида алюминия из очищенного алюминатного раствора, согласно изобретению приготовление трехкальциевого гидроалюмината ведут в присутствии затравки, предварительно полученной смешением алюминатного раствора и известкового молока при температуре 40-60°С в течение 20-40 часов, или затравки из гидроксида алюминия или красного шлама.

Затравку на смешение алюминатного раствора и известьсодержащего соединения подают в количестве 2-60 г/л.

Материал слоя после фильтрования алюминатного раствора направляют на выщелачивание.

Способ осуществляется следующим образом. Боксит подвергают мокрому размолу и выщелачивают оборотным раствором с получением алюминатного раствора и красного шлама. Для очистки алюминатного раствора после выщелачивания боксита в качестве фильтрующего слоя используют материал на основе трехкальциевого гидроалюмината 3СаО·Al₂ O₃·H₂O, синтез которого осуществляют из алюминатного раствора и известкового молока Са(ОН)₂ в присутствии затравки. В качестве затравки используют материал, предварительно полученный смешением алюминатного раствора и известкового молока, или красный шлам, полученный при выщелачивании боксита, или гидроксид алюминия, полученный, например, из отфильтрованного через слой алюминатного раствора. Для создания фильтрующего слоя приготовленный материал, основу которого составлял трехкальциевый алюминат, в виде суспензии наносится с помощью насоса на фильтр из расчета получения определенной толщины фильтрующего слоя. Фильтрование алюминатного раствора через слой позволяет получить очищенный от примесей раствор. После декомпозиции очищенного алюминатного раствора получают гидроксид алюминия с низким содержанием примесей.

При введении затравки получается фильтровальный слой с высокой пропускной способностью по раствору, что позволяет повысить производительность фильтрования. Показатели очистки от примесей соединений железа по сравнению со способом-прототипом при этом не изменятся (примеры 2-5).

Если в качестве затравки используют материал, предварительно полученный смешением алюминатного раствора и известкового молока, то предпочтительно затравку получать при температуре 40-60°С в течение 20-40 часов из алюминатного раствора и известкового молока. Получение пульп с температурой ниже 40°С требует высоких капитальных и эксплуатационных расходов для их принудительного охлаждения. При температурах получения затравки выше чем 60°С фильтрационные свойства слоя резко ухудшаются. При продолжительности синтеза затравки ниже 20 часов фильтрационные свойства слоя резко ухудшаются, а свыше 40 часов не происходит их дальнейшее улучшение (таблица 1).

Затравка подается на приготовление трехкальциевого гидроалюмината в количестве 2-60 г/л. При количестве вводимой затравки меньше 2 г/л фильтрационные свойства слоя, наносимого на фильтр, резко уменьшаются, а при количестве затравки больше 60 г/л существенно увеличиваются материальные потоки (таблица 2).

Материал слоя после фильтрования алюминатного раствора направляют на выщелачивание. Это позволяет повысить каустический модуль получаемого в результате выщелачивания алюминатного раствора и, тем самым, максимально снизить потери оксида алюминия.

Пример 1 (прототип). Боксит, содержащий, %: влага - 9,0; ппп - 14,2; SiO₂ - 3,7; Al₂ О₃ - 53,1; Fe₂О ₃ - 22,0; CaO - 3,5; СО₂ - 3,7; S - 0,8, подвергали мокрому размолу в присутствии извести и выщелачивали оборотным раствором, содержащим, г/л: Na₂ O_общ - 319,3; Na₂ O_ку - 294,7; Al₂О ₃ - 147,8 с получением алюминатного раствора, содержащего, г/л: Na₂O_общ - 156,8; Na₂O_ку - 135,4; Al ₂О₃ - 135,3 (каустический модуль раствора: Na₂O_ку/Al ₂O₃ мас.×1,645=1,646); SiO ₂ - 0,45; Fe₂O₃ - 0,045 и красного шлама с содержанием в твердой фазе, %: ппп - 6,6; SiO₂ - 8,1; Al₂ О₃ - 13,6; Fe₂O ₃ - 46,1; CaO - 12,3; Na₂O - 5,1; SO₃ - 4,2. Для очистки алюминатного раствора после выщелачивания боксита в качестве фильтрующего слоя использовали трехкальциевый гидроалюминат: 3СаО·Al₂ O₃·Н₂О, синтез которого осуществляли из алюминатного раствора, содержащего, г/л: Na₂O_общ - 160,1; Na₂O_ку - 138,0; Al ₂О₃ - 134,3; SiO₂ - 0,41; Fe₂O₃ - 0,008 и «известкового молока», взятых из расчета 10-15 г СаО _акт. на 1 литр алюминатного раствора при перемешивании с последующей выдержкой в течение 40 минут при температуре 95°С. Гранулометрический состав твердой фазы суспензии для нанесения на фильтр, мкм, %: (-2) - 24,6; (+2-5) - 37,4; (+5-10) - 16,0; (+10-20) - 12,2; (+20-30) - 0,2; (+30-40) - 2,0; (+40) - 7,6. Для создания фильтрующего слоя полученная суспензия с содержанием твердой фазы 30 г/л наносилась с помощью насоса на листовой вертикальный фильтр с фильтровальной тканью №25301 AN фирмы «Филтис» из расчета получения толщины фильтрующего слоя трехкальциевого гидроалюмината 3-4 мм. При фильтрации давление внутри фильтра при фильтровальном цикле составляло 2 атм. Длительность операций: нанесение фильтрующего слоя 5 минут, фильтрование 9 часов. Фильтрование алюминатного раствора через слой позволило получить очищенный раствор с содержанием, г/л: Na₂О_общ - 161,4; Na₂O_ку - 138,8; Al ₂О₃ - 134,5; SiO₂ - 0,38; Fe₂O₃ - 0,008. Производительность фильтра составила 80 м ³/ч. После декомпозиции очищенного алюминатного раствора содержание Fe₂O₃ в гидроксиде алюминия составило 0,013%.

Пример 2. Для очистки алюминатного раствора после выщелачивания боксита, полученного как в примере 1, в качестве фильтрующего слоя использовали материал, основу которого составлял трехкальциевый гидроалюминат. Синтез этого материала осуществляли из алюминатного раствора и «известкового молока» в присутствии затравки, взятой в количестве 2-60 г/л. Затравка готовилась из тех же компонентов, что и трехкальциевый гидроалюминат из расчета 10-15 г СаО_акт. на 1 литр алюминатного раствора при перемешивании с последующей выдержкой в течение 20-40 часов при естественном охлаждении до температуры 40-60°С. Для создания фильтрующего слоя полученная суспензия с содержанием твердой фазы 30 г/л наносилась с помощью насоса на листовой вертикальный фильтр с фильтровальной тканью №25301 AN фирмы «Филтис» из расчета получения толщины фильтрующего слоя трехкальциевого гидроалюмината 3-4 мм. Гранулометрический состав твердой фазы суспензии для нанесения на фильтр в среднем составил, мкм, %: (-2) - 5; (+2-5) -7; (+5-10) - 13; (+10-20) - 48; (+20-30) - 25; (+30-40) - 2,0; (+40) - 0. При фильтрации давление внутри фильтра при фильтровальном цикле составляло 2 атм. Длительность операций: нанесения фильтрующего слоя 5 минут, фильтрования 5 часов. Фильтрование алюминатного раствора с содержанием, г/л: Na₂O_общ - 159,8; Na₂O_ку - 137,5; Al ₂О₃ - 133,5 (каустический модуль раствора - 1,694); SiO₂ - 0,45; Fe ₂O₃ - 0,043 позволило получить очищенный раствор с содержанием, г/л: Na₂O _общ - 161,1; Na₂O _ку - 138,4; Al₂О₃ - 134,0; SiO₂ - 0,40; Fe ₂O₃ - 0,005. Производительность фильтра составила 120-160 м³/ч (таблица 1 и 2). После декомпозиции очищенного алюминатного раствора содержание Fe₂O₃ в гидроксиде алюминия составило 0,010%. Материал слоя после фильтрования направляли на выщелачивание. Это позволило снизить каустический модуль получаемого в результате выщелачивания алюминатного раствора до 1,665 единиц, что способствовало повышению извлечения оксида алюминия при выщелачивании на 0,6%.

Пример 3. Для очистки алюминатного раствора после выщелачивания боксита, полученного как в примере 1, в качестве фильтрующего слоя использовали материал, основу которого составлял трехкальциевый гидроалюминат. Синтез этого материала осуществляли из алюминатного раствора и «известкового молока» в присутствии затравки, взятой в количестве 10 г/л. В качестве затравки использовали тригидроксид алюминия, выделенный из алюминатного раствора. Гранулометрический состав твердой фазы суспензии для нанесения на фильтр, мкм, %: (-2) - 8,2; (+2-5) - 7,4; (+5-10) - 22,4; (+10-20) - 40,2; (+20-30) - 17,6; (+30-40) - 2,9; (+40) - 1,3. Для создания фильтрующего слоя полученная суспензия с содержанием твердой фазы 30 г/л наносилась с помощью насоса на листовой вертикальный фильтр с фильтровальной тканью №25301 AN фирмы «Филтис» из расчета получения толщины фильтрующего слоя трехкальциевого гидроалюмината 3-4 мм. При фильтрации давление внутри фильтра при фильтровальном цикле составляло 2 атм. Длительность операций нанесения фильтрующего слоя 5 минут, фильтрования 5 часов. Фильтрование алюминатного раствора с содержанием, г/л: Na₂O_общ - 160,2; Na₂O_ку - 138,0; Al ₂О₃ - 134,8; SiO₂ - 0,46; Fe₂O₃ - 0,043 позволило получить очищенный раствор с содержанием, г/л: Na₂O_общ - 160,8; Na₂O_ку - 138,7; Al ₂O₃ - 135,7; SiO₂ - 0,42; Fe₂O₃ - 0,005. Производительность фильтра составила 150 м ³/ч. После декомпозиции очищенного алюминатного раствора содержание Fe₂O₃ в гидроксиде алюминия составило 0,009%.

Пример 4. Для очистки алюминатного раствора после выщелачивания боксита, полученного как в примере 1, в качестве фильтрующего слоя использовали материал, основу которого составлял трехкальцевый гидроалюминат. Синтез этого материала осуществляли из алюминатного раствора и «известкового молока» в присутствии затравки, взятой в количестве 20 г/л. В качестве затравки использовали красный шлам после выщелачивания боксита. Гранулометрический состав твердой фазы суспензии для нанесения на фильтр, мкм, %: (-2) - 10,1; (+2-5) - 7,9; (+5-10) -18,4; (+10-20) - 47,2; (+20-30) - 11,6; (+30-40) - 4,8; (+40) - 0. Для создания фильтрующего слоя полученная суспензия с содержанием твердой фазы 30 г/л наносилась с помощью насоса на листовой вертикальный фильтр с фильтровальной тканью №25301 AN фирмы «Филтис» из расчета получения толщины фильтрующего слоя трехкальциевого гидроалюмината 3-4 мм. При фильтрации давление внутри фильтра при фильтровальном цикле составляло 2 атм. Длительность операций нанесения фильтрующего слоя 5 минут, фильтрования 5 часов. Фильтрование алюминатного раствора с содержанием, г/л: Na₂O _общ - 158,9; Na₂O _ку - 136,9; Al₂О₃ - 133,2; SiO₂ - 0,46; Fe ₂O₃ - 0,043 позволило получить очищенный раствор с содержанием, г/л: Na₂О _общ - 159,4; Na₂O _ку - 137,2; Al₂О₃ - 134,0; SiO₂ - 0,43; Fe ₂О₃ - 0,005. Производительность фильтра составила 130 м³/ч. После декомпозиции очищенного алюминатного раствора содержание Fe ₂O₃ в гидроксиде алюминия составило 0,010%.

Пример 5. Для очистки алюминатного раствора после выщелачивания боксита, полученного как в примере 1, в качестве фильтровального слоя использовали материал, содержащий трехкальциевый гидроалюминат. Синтез этого материала осуществляли из алюминатного раствора и «известкового молока» в присутствии затравки, взятой в количестве 15 г/л. Затравка готовилась из тех же компонентов, что и трехкальциевый гидроалюминат из расчета 10-15 г СаО _акт. на 1 литр алюминатного раствора при перемешивании с последующей выдержкой в течение 30 часов при естественном охлаждении до температуры 50°С. Материал и очищаемый раствор подавались одновременно с помощью насоса на листовой вертикальный фильтр с фильтровальной тканью №25301 AN фирмы «Филтис» из расчета 1 килограмм материала на 1 м³ очищаемого раствора. Содержание в очищаемом растворе, г/л: Na ₂O_общ - 158,9; Na ₂O_ку - 136,9; Al₂ О₃ - 133,2; SiO₂ - 0,46; Fe₂O₃ - 0,043. Суспензия материала подавалась на фильтр в виде пульпы с содержанием твердой фазы 40 г/л. При фильтрации давление внутри фильтра при фильтровальном цикле составляло 2 атм. Процесс осуществлялся периодически и заканчивался при падении производительности фильтра до 110 м³/ч. Длительность операций нанесения фильтрующего слоя и фильтрования 12 часов. Конечная толщина фильтрующего слоя материала составляла 2-3 мм. Гранулометрический состав твердой фазы суспензии для нанесения на фильтр, мкм, %: (-2) - 4,9; (+2-5) - 6,9; (+5-10) - 12,4; (+10-20) - 48,5; (+20-30) - 23,4; (+30-40) - 3,9; (+40) - 0. Гранулометрический состав материала для фильтрации составлял, мкм, %: 2 - 4,9; 5 - 11,8; 10 - 24,2; 20 - 72,7; 30 - 96,1; 40 - 100. В результате получали очищенный раствор с содержанием, г/л: Na₂O_общ - 158,1; Na₂O_ку - 136,1; Al ₂O₃ - 132,5; SiO₂ - 0,44; Fe₂O₃ - 0,006. После декомпозиции очищенного алюминатного раствора содержание Fe₂O₃ в гидроксиде алюминия составило 0,010%. Материал слоя после фильтрования направляли на выщелачивание. Это позволило снизить каустический модуль получаемого в результате выщелачивания алюминатного раствора на 0,008 единиц, что способствовало повышению извлечения оксида алюминия при выщелачивании на 0,5%.

Как видно из примеров, использование предлагаемого изобретения позволяет повысить, при прочих равных условиях, производительность фильтрационного оборудования в 1,4-2 раза.

Таблица 1
Зависимость производительности фильтровального оборудования от температуры и продолжительности приготовления затравки для получения трехкальциевого гидроалюмината (количество затравки - 40 г/л)
Продолжительность приготовления затравки, ч	Продолжительность фильтрования, м3/ч при температуре, °С
	35	40	50	60	65
15	111	108	101	98	85
20	150	138	129	120	99
30	156	145	138	124	104
40	161	158	146	130	116
45	162	160	147	131	117

Таблица 2
Зависимость производительности фильтровального оборудования от количества вводимой затравки для получения трехкальциевого гидроалюмината (затравка приготовлена при температуре 40°С в течение 30 ч)
Количество вводимой затравки, г/л	1	2	5	10	20	30	40	50	60	65
Продолжительность фильтрования, м3/ч	89	98	112	115	123	131	145	152	162	163