способ переработки глиноземсодержащего сырья на глинозем

Формула изобретения

1. Способ переработки глиноземсодержащего сырья на глинозем, включающий приготовление шихты из высокожелезистого шамозитсодержащего боксита, кальцинированной соды, кальцийсодержащего соединения, спекание шихты, измельчение спека и его выщелачивание, отличающийся тем, что дозировку кальцийсодержащего соединения производят, исходя из молярного отношения СаО к сумме содержания (FeO+MgO) в шамозите боксита, равном 2,45-2,85:1,0, в шихту дополнительно вводят сульфат натрия в количестве, исходя из весового отношения SO₃ к содержанию Fe₂ O₃ в боксите, равном 0,20-0,30:1,0.

2. Способ по п.1, отличающийся тем, что в качестве кальцийсодержащего соединения применяют известняк СаСО₃ и/или трехкальциевый гидроалюминат 3СаО·Al₂ О₃·6Н₂О.

3. Способ по п.1, отличающийся тем, что сульфат натрия вводят в составе содо-сульфатного осадка глиноземного производства.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к цветной металлургии, а именно к переработке высокожелезистых шамозитсодержащих бокситов на глинозем.

Известны способы переработки высокожелезистых бокситов (25-30% Fe₂О₃) на глинозем способом спекания, включающие приготовление шихты из бокситов и кальцинированной соды (карбоната натрия Na₂ CO₃), при ее дозировке из молярного отношения Na₂O:(Al₂О ₃+Fe₂О₃) _б-т=1,0±0,05, спекание данной шихты, измельчение спека и его выщелачивание слабощелочным раствором при определенном температурном (95-100°С), концентрационном (15-20 г/дм ³ NaOH в исходном растворе) режимах, продолжительности процесса (15-25 мин) с получением при этом алюминатно-щелочного раствора и остатка от выщелачивания [1]. Способы позволяют получить извлечение ценных компонентов из спека-глинозема Al ₂O₃ и оксида натрия - соответственно на уровне 92-93% и 96-97%.

Однако данные способы неэффективны при переработке способом спекания бокситов с повышенным содержанием шамозитов - сложного железо (Fe²⁺, Fe ³⁺)-алюмомагний-силикатного минерала, который трудно реагирует при спекании с содой, вызывая при этом повышенные потери ценных компонентов - глинозема и оксида натрия - с остатком выщелачивания (красным шламом). Так, при содержании шамозита в бокситах (в частности, Вежаю-Ворыквинского месторождения Среднего Тимана или Ухтинского месторождения) выше 7-10 вес.% степень извлечения глинозема снижается до 88-90% и оксида натрия до 93-94%.

Наиболее близким по технической сущности, достигаемому результату и совокупности признаков заявляемого объекта изобретения является способ переработки высокожелезистых шамозитсодержащих бокситов, включающий приготовление шихты из боксита, кальцинированной соды (карбоната натрия) и кальцийсодержащей добавки, спекание данной шихты при температуре 1150-1200°С, измельчение спека и его стандартное выщелачивание слабощелочным раствором при определенном температурном, концентрированном режимах и продолжительности процесса, причем дозировку кальцийсодержащей добавки (в частности, известняка) производят исходя из расчета молярного отношения СаО:SiO₂ в боксите, равном 2,0:1,0 [2]. При этом в процессе спекания шихты идет образование гидрограната 3СаО·Al₂O₃·(0,6-0,8)SiO ₂, в котором молярное отношение Al₂ O₃:SiO₂ меньше, чем в гидроалюмосиликате натрия Na₂O·Al ₂O₃·1,75SiO₂ , что обеспечивает повышение извлечения ценных компонентов при выщелачивании спека соответственно до 91-92% и 95-96%.

Вместе с тем, способ имеет следующие недостатки:

- извлечение ценных компонентов (Al₂О ₃ и Na₂O) еще не достигает оптимальных значений;

- повышенный расход известняка, составляющий 20-25% к бокситу, что увеличивает расход теплоэнергии на спекание шихты при t>1100°C с 0,14-0,16 т.у.т.(тонн условного топлива) до 0,18-0,20 т.у.т/т спека.

В этой связи цель предлагаемого изобретения - повышение степени извлечения ценных компонентов и упрощение процесса за счет сокращения удельных материальных потоков.

Поставленная цель достигается тем, что в способе переработки высокожелезистых бокситов на глинозем, включающем приготовление шихты из данных бокситов, кальцинированной соды, кальцийсодержащей добавки, спекание шихты, измельчение спека и его выщелачивание, дозировку кальцийсодержащей добавки в шихту производят, исходя из молярного отношения СаО:(FeO+MgO), содержащихся в шамозите боксита, равном 2,45÷2,85:1,0, и дополнительно вводят сульфат натрия в количестве исходя из весового отношения SO₃ к содержанию Fe ₂О₃ в боксите, равном 0,20÷0,30:1,0.

В качестве кальцийсодержащей добавки применяют известняк СаСО ₃ и/или трехкальциевый гидроалюминат 3СаСО·Al ₂О₃·6Н₂ О.

При этом идут следующие физико-химические процессы:

- разложение шамозита:

и/или (Fe²⁺, Mg) _2,3(Fe³⁺, Al)_0,7 ·(Si_1,4·Al_0,6 )O₅(OH)₄+3CaO·Al ₂O₃·6H₂ O

MgO·Fe₂O ₃+2FeO·SiO₂+5CaO·3Al ₂O₃+H₂O

- образование растворимого алюмината натрия:

Образующиеся при разложении шамозита магнезиоферрит и фаялит инертны, при взаимодействии с содой и при выщелачивании спека уходят в шлам (остаток от выщелачивания). Тем самым, повышается извлечение глинозема из шамозита и получение при этом растворимого алюмината натрия, связывание кремнезема в малорастворимое соединение - фаялит - существенно уменьшает образование гидроалюмосиликата натрия Na₂O·Al₂ О₃·1,70SiO₂, что, наряду с повышением извлечения глинозема, увеличивает и извлечение Na₂O.

Добавка в шихту сульфата натрия повышает прочность спека с ˜120 до ˜160 кг/см² и оптимизирует площадку спекообразования в интервале температур 1100-1175°С (спек получается слегка оплавленным), тем самым, дополнительное повышение извлечения ценных компонентов - при выщелачивании спека - на 0,5-2%.

Отметим, что сульфат натрия в шихту можно вводить в виде содо-сульфатного осадка - технологического промпродукта глиноземного производства, имеющего следующий химический состав (по сухому веществу), мас.%: 75,0 Na₂SO₄, 23,0 Na₂СО₃, 2,0 NaAlO ₂.

Как будет показано ниже (в примерах), ввод в шихту кальцийсодержащей добавки в виде соединения 3СаО·Al ₂О₃·6Н₂ О и сульфата натрия в виде содо-сульфатного осадка обеспечивает, при прочих равных условиях проведения процесса, достижение поставленной цели изобретения.

Пример 1 (по прототипу). Производится переработка высокожелезистого шамозитсодержащего боксита. Вежаю-Ворыквинского месторождения - содержание компонентов, мас.%: 47,50 Al ₂О₃, 7,30 SiO₂ , 30,35 Fe₂O_{3 общ} 0,50 MgO 4,50 FeO, кремневый модуль (весовое отношение Al ₂О₃:SiO₂) - _Si равен 6,50, содержание шамозита 15,0% - способом спекания.

При этом приготовляется шихта из боксита, кальцинированной соды - дозировка Na ₂CO₃ исходя из молярного отношения Na₂O:(Al₂О ₃+Fe₂O₃) _б-т=1,0±0,05, дозировка известняка СаСО ₃ исходя из молярного отношения СаО:SiO _{2 б-т}=2,0:1 (˜25,0 весовых процентов к бокситу); шихта спекается при температуре 1175°С в течение 1,0 часа, полученный спек измельчается до содержания фракции -100 мкм 95,0% и проводится стандартное выщелачивание спека при следующих условиях: t=100°С, концентрация NaOH в выщелачивающем растворе 15,0 г/дм³, исходное отношение Т:Ж в пульпе равно 1:10, продолжительность процесса 20 мин.

После окончания процесса пульпа фильтруется, остаток промывается, сушится и по содержанию в нем Fe₂О ₃, Al₂О₃ и Na₂O рассчитывается извлечение ценных компонентов, которое соответственно составило 91,50% и 96,00%.

Пример 2 (по предлагаемому способу). Производится переработка высокожелезистого шамозитсодержащего боксита - содержание компонентов, мас.%: 47,50 Al₂О₃, 7,30 SiO ₂, 30,25 Fe₂О_{3 общ} , 0,5 MgO, 4,50 FeO, кремневый модуль _Si=6,50, содержание шамозита 15,0% - способом спекания. Приготовляется шихта из данного боксита, кальцинированной соды: дозировка Na₂CO ₃ исходя из молярного отношения Na₂ O:(Al₂О₃+Fe ₂O₃)_б-т=1,0±0,05, дозировка СаО в виде известняка исходя из молярного отношения СаО:(FeO+Mg) шамозет = 2,65:1,0 (˜20,0% к массе боксита), дозировка сульфата натрия Na₂SO ₄ исходя из весового отношения SO₃ :Fe₂O_{3 б-та}=0,25:1,0; шихта спекается при t=1175°С, в течение 1,0 часа, полученный спек измельчается до содержания фракции - 100 мкм 95,0% и проводится его стандартное выщелачивание при условиях: t=100°с, концентрация NaOH в исходном растворе 15,0 г/дм ³, отношение Т:Ж в пульпе 1:10, продолжительность процесса 20 минут.

Извлечение ценных компонентов Al ₂О₃ и Na₂O соответственно 93,80% и 98,20%.

Таким образом, при осуществлении процесса переработки боксита методом спекания по предлагаемому способу степень извлечения Al₂О ₃ повысилась на ˜2,0%, а Na₂ O на ˜3,0%.

Пример 3 (по предлагаемому способу). Производится переработка высокожелезистого шамозита - содержание компонентов, мас.%: 47,50 Al₂O₃ , 7,30 SiO₂, 30,25 Fe₂ О_{3 общ.}, 0,5 MgO, 4,50 FeO, кремневый модуль _Si=6,50, содержание шамозита 15,0% - способом спекания.

Приготовляется шихта из данного боксита, кальцинированной соды: дозировка Na₂CO ₃, исходя из молярного отношения Na₂ O:(Al₂O₃+Fe ₂О₃)=1,0±0,05; дозировка СаО в виде трехкальциевого гидроалюмината 3СаО·Al ₂О₃·6Н₂ О, рассчитывая из молярного отношения СаО:(FeO+MgO) _{шамозит}=2,65:1,0 (˜26,0% дозировки соединения к массе боксита), дозировка сульфата натрия Na₂ SO₄, рассчитывая из весового отношения SO₃ к Fe₂О _{3 боксита}=0,25:1,0.

Шихта спекается при температуре t=1175°С в течение 1,0 часа, полученный спек измельчается до содержания фракции - 100 мкм 95,0%, и проводится его стандартное выщелачивание при условиях: t=100°С, концентрация NaOH исходном растворе 15,0 г/дм ³, отношение Т:Ж в пульпе равно 1:10, продолжительность процесса 20 минут.

Извлечение ценных компонентов Al ₂О₃ и Na₂O соответственно 93,40% и 98,40%.

Пример 4 (по предлагаемому способу). Производится переработка высокожелезистого шамозитосодержащего боксита Вежаю-Ворыквинского месторождения - содержание компонентов, мас.%: 49,0 Al₂О₃ , 30,0 Fe₂О₃, 6,3 SiO₂, 3,05 FeO, 0,45 MgO, _Si=7,50, содержание шамозита 10,20% - в промышленном масштабе. Шихта, полученная из данного боксита, кальцийсодержащей добавки (известняк), кальцинированной соды, сульфата натрия в виде содо-сульфатного осадка глиноземного производства (75,% Na₂SO₄), содержит следующие компоненты, мас.%: 25,0 Al₂О ₃, 15,0 Fe₂О₃ , 3,32 SiO₂, 13,0 FeO, 3,53 СаО, 0,25 MgO, 22,5 Na₂O, 3,15 SO₃ , и имеет следующие характеристические отношения: Na ₂O:(Fe₂О₃+Al ₂О₃)=1,04, СаО:(FeO+MgO)=2,70: 1 и SO₃:Fe₂O ₃=0,21, _Si=7,50.

Производится спекание данной шихты при t=1150-1170°С в течение 1,0 часа во вращающейся печи - производительность процесса ˜100 т шихты в час.

Полученный спек (прочность опека составила ˜140 кг/см ²) в количестве т/час измельчался до содержания фракции - 100 мкм 95% и подвергался стандартному выщелачиванию (условия см. Пример 2).

Извлечение Al₂О ₃ составило 93,2%, извлечение Na₂ О - 98,0%.

Расход теплоэнергии - 0,150 т.у.т опека, расход известняка ˜0,130 т/т боксита (13,0 весовых процентов к бокситу).

Далее, в таблицах 1 и 2, приведены значения степеней извлечения ( , %) ценных компонентов Al₂O ₃ и Na₂O при оптимальных условиях ведения процесса, а также - при выходе за данные условия.

Таблица 1
Извлечение ценных компонентов (глинозема и оксида натрия) при переработке высокожелезистых бокситов методом спекания по предлагаемому способу (опыт №4* - спекание боксита с Si=6,00 и содержанием шамозита - 20,0% по примеру 2).
№ опыта		Дозировка CaO		Содержание компонентов шламов, мас.%							Извлечение, %
			Р, % к весу боксита	Fe2О3 общ.	Al2О3	SiO2	CaO	MgO	Na2O		Al2О 3	Na2O
I. Оптимальные условия ведения процесса (дозировка сульфата натрия равна по отношению SO 3:Fe2O3=0,25:1,0
1	2,45		6,50	45,50	6,00	7,80	10,83	1,10	1,50	0,238	93,40	98,00
2	2,65		7,00	45,80	5,50	7,75	11,20	1,12	1,43	0,245	93,80	98,20
3	2,85		7,50	45,00	6,10	7,70	12,65	1,10	1,25	0,280	93,20	98,40
4*	2,65		10,40	46,45	5,60	8,65	17,10	1,60	1,20	0,368	93,00	98,50
II. При выходе за оптимальные условия
5	-		0,20	42,85	7,22	7,90	0,74	1,02	4,29	0,018	90,80	94,50
6	2,25		6,00	43,50	6,90	8,00	9,80	1,06	1,67	0,225	91,80	97,80
7	3,05		8,00	43,00	6,67	7,85	13,60	1,08	1,12	0,316	92,00	98,50

Таблица 2
Извлечение ценных компонентов при переработке высокожелезистых шамозитсодержащих бокситов методом спекания по предлагаемому способу.
№ пп	Дозировка Na2SO4 (SO3:Fe2O 3 б-та)	Дозировка	Прочность спека, кг/см 2	Извлечение, %
				Al2O 3	Na2O
I. Оптимальные условия ведения процесса
9	0,20:1,00	2,65:1,0	125,5	93,20	98,00
10	0,25:1,00		143,5	93,20	98,20
11	0,30-1,00		162,00	93,20	98,40
II. При выходе за оптимальные условия
12	0,15:1,00	2,65-1,00	65,00	93,80	96,00
13	0,35:1,00	2,65:1,00	180,00	92,00	97,00
14	0,15:1,00	2,25:1,00	45,00	91,50	95,00

Как следует из таблиц, оптимальными условиями переработки высокожелезистых шамозитсодержащих бокситов способом спекания являются следующие (опыты №1-4, табл.1 и опыты 9-11, табл.2): дозировка CaO в шихту производится исходя из молярного отношения CaO:(FeO+MgO)=2,45-2,85:1,0 и дополнительная добавка в шихту сульфата натрия исходя из весового отношения SO ₃:Fe₂O₃=0,20-0,30:1,0.

При этом степень извлечения глинозема составляет 93,00-93,80% или больше по сравнению с прототипом, в среднем, на ˜2,0%, оксида натрия - 98,10-98,50% или больше, чем из прототипа, в среднем, на 2,30%.

При выходе из оптимальных условий в меньшую сторону - при дозировке Са:(Fe+MgO)=2,25:1 (опыт 6, табл.1) снижается извлечение Al₂О ₃ до 91,80%, что связано с неполнотою разложения шамозита, а при снижении дозировки Na₂SO ₄ до SO₃:Fe₂ O₃=0,15:1,00 (опыт 12, табл.2) извлечение Na₂O снижается до 96,00%, что связано с существенным уменьшением прочности спека, т.е. ухудшением физико-химических условий контакта спека с щелочным раствором при выщелачивании.

При выходе из оптимального интервала условий в большую сторону, т.е. при передозировке CaO:(FeO+MgO)=3,05:1,0 (опыт 7, табл.1) снижается извлечение Al₂O ₃ до 92,0%, что связано с частичным образованием при спекании сложных соединений в системе СаО-Fe₂O ₃-Al₂O₃-SiO ₂, извлечение глинозема из которых при выщелачивании затруднено; при передозировке сульфата натрия в шихту SO₃ :Fe₂O₃=0,35:1,00 (опыт 13, табл.2) чрезмерно увеличивается оплавленность спека, т.е. затрудняется проникновение щелочного раствора к его "внутренним порам" и, тем самым, снижается извлечение Al ₂О₃ и Na₂O при выщелачивании.

Таким образом, при прочих равных условиях проведения процесса переработки высокожелезистых шамозитосодержащих бокситов методом спекания, только предлагаемый способ, характеризующийся новыми технологическими приемами, обеспечивает достижение технического результата (цели изобретения), а именно:

- повышение извлечения ценных компонентов (глинозема и оксида натрия), в среднем, на 2,0-3,0%;

- упрощение технологического процесса за счет сокращения удельных материальных потоков - известняка на ˜50% и теплоэнергии на ˜20,0%.

Источники информации

1. Лайнер А.И. Производство глинозема. М.: Госнаучтехиздат, 1961 г.

2. Майер А.И., Лапин А.А. и др. - "Влияние шамозита на извлечение Al₂O ₃ из спеков" - Труды ВАМИ "Научные и теоретические исследования в металлургии легких металлов", г.Санкт-Петербург, 2000 г, с.32-33.