Размещено на http://www.allbest.ru/

А в т о р е ф е р а т

диссертации на соискание учёной степени

кандидата технических наук

Разработка эффективной технологии комплексной переработки нефелинов с добавками бокситов

Актуальность работы. Из-за ограниченных запасов высококачественных бокситов в России отечественное производство глинозема в значительной мере базируется на использовании низкокачественного небокситового сырья - нефелинов.

Доля глинозема из небокситового сырья в балансе алюминиевой промышленности бывшего СССР составляла 20%, в настоящее время в России она возросла до 40%.

Большой вклад в создание высокоэффективных способов комплексной переработки нефелинов на глинозем, портландцемент, соду, поташ и галлий внесли отечественные ученые, в их числе: Строков Ф.Н., Талмуд И.Л., Мазель В.А., Еремин Н.И., Сизяков В.М., Лайнер Ю.А., Думская А.Ф., Абрамов В.Я., Смирнов М.Н., Арлюк Б.И., Ходоров Е.И. Данциг С.Я., и др.

За последние 10-15 лет в результате трудов ведущих научных школ металлургов Санкт-Петербургского государственного горного и Всероссийского алюминиево-магниевого институтов способ доведен до высокого уровня по качеству продукции и основным технико-экономическим показателям.

Ачинский глиноземный комбинат (АГК) - крупнейшее предприятие алюминиевой промышленности России.

Основной проблемой АГК в настоящее время является истощение сырьевой базы. При существующем уровне потребления нефелина запасов Кия-Шалтырского нефелинового рудника (КШНР), на котором комбинат работает с 1970г., хватит на ближайшие 10-15 лет. Качество руд резервной сырьевой базы - Горячегорского месторождения по содержанию основного ценного компонента Al₂O₃ значительно уступает уртитам Кия-Шалтыря; переход на использование Горячегорского месторождения в качестве основного не позволит сохранить объемы производства на существующем уровне.

Поэтому, наряду с обогащением руд горы Горячей, перспективным является вариант расширения сырьевой базы за счет добавки в шихту спекания высокоглиноземистого бесщелочного компонента - боксита. Добавляя боксит, можно рационально решить вопросы использования резервной сырьевой базы, а также вовлечь в производство некондиционные и забалансовые руды КШНР.

Исследования выполнялись в соответствии с персональным научным грантом СПГГИ (ТУ) «Подготовка диссертации на соискание ученой степени кандидата наук» (2006 год), а также в соответствии с аналитической ведомственной целевой программой «Развитие научного потенциала высшей школы (2009-2010годы)», проект РНП 2.1.2.5161, 2009г.

Цель работы. Повышение эффективности комплексной переработки низкокачественных нефелинов на основе подшихтовки к нефелино-известняковой шихте добавок боксита спекательных сортов.

Задачи исследований:

· Научное обоснование технологии совместной переработки нефелинов с добавками бокситов;

· Экспериментальные исследования влияния добавок боксита на физико-технические свойства получаемого алюминатного спека;

· Исследование показателей выщелачивания нефелино-бокситового алюминатного спека, механизма вторичных потерь;

· Разработка технологических рекомендаций по вводу боксита в цикл производства.

Методы исследований. В работе были использованы экспериментальные и теоретические методы исследований, физические, химические и физико-химические методы изучения свойств и составов твердых и жидких веществ и технологических продуктов.

Достоверность полученных данных доказана сходимостью теоретических и экспериментальных результатов при проведении лабораторных экспериментов, а также в ходе опытно-промышленных испытаний на АГК. нефелин боксит спек алюминатный

Условные обозначения, принятые в работе. - щелочной модуль ненасыщенной шихты, мол. отношение R₂O/Al₂O₃; -щелочной модуль насыщенной шихты, мол. отношение R₂O/(Al₂O₃+Fe₂O₃); - ферритный модуль, мол. отношение Fe₂O₃/Al₂O₃; м_Si - кремневый модуль, массовое отношение Al₂O₃/SiO₂.

Научная новизна:

· В результате исследования частных разрезов многокомпонентной системы Al₂O₃-Na₂O-Fe₂O₃-СаО-SiO₂, обоснована область высоких извлечений глинозема и щелочей из алюминатного спека в раствор, лежащая вблизи ребра кристаллизации 2СaO?SiO₂ в тройной системе Na₂O•Al₂O₃-Na₂O•Fe₂O₃-2CaO•SiO₂;

· Определено положительное влияние добавок боксита на физико-технические свойства алюмосиликатных спеков;

· Установлено, что добавка боксита к нефелиновому сырью приводит к увеличению зоны кристаллизации алюминатов щелочных металлов; одновременно повышается выход более устойчивой в алюминатно-щелочной системе в-модификации C₂S и снижается выход менее устойчивой его модификации в виде - C₂S , что приводит к уменьшению вторичных потерь глинозема и щелочи;

· Показано, что оптимальная температура спекания нефелиновых шихт зависит от молярного отношения Fe₂O₃/Al₂O₃ в них (ферритного модуля) и находится в пределах 1250-1350°С при соответствующем изменении ферритного модуля от 0,2-0,25 до 0,02.

Практическая значимость работы:

· Расширение сырьевой базы крупнейшего глиноземного предприятия России - АГК на основе переработки нефелино-известняковых шихт с добавками спекательных бокситов;

· Повышение технико-экономических показателей переделов спекания и выщелачивания: снижение расхода топлива, уменьшение вторичных потерь глинозема и щелочи.

Апробация работы. Основные результаты диссертации освещались на научных конференциях студентов и молодых ученых СПбГГИ(ТУ) им. Г.В. Плеханова 2006-2009 г.г.; научных семинарах кафедры металлургии цветных металлов СПбГГИ(ТУ) им. Г.В. Плеханова 2006-2009г.г.; на научно-техническом совете ОАО «Русал ВАМИ», на международных ежегодных специализированных конференциях в Краковской горной академии (Польша, Краков, 2006) и Фрайбергской горной академии (Германия, Фрайберг, 2008).

Публикации. Основные положения диссертации опубликованы в 5 статьях, получен 1 патент.

Структура диссертации. Диссертация состоит из введения, 4 глав, выводов, списка литературы. Работа изложена на 157 страницах машинописного текста, содержит 42 таблицы и 39 рисунков. Библиография включает 102 наименования.

Содержание работы

Во введении обоснована актуальность работы, сформулированы ее цель, задачи, научная новизна, практическая ценность, изложены основные положения, выносимые на защиту.

В первой главе выполнен краткий аналитический обзор состояния основной и резервной сырьевых баз Ачинского глиноземного комбината, рассмотрены варианты обогащения горячегорских руд.

Вторая глава посвящена теоретическому обоснованию и разработке технологии совместной переработки нефелинов с добавками бокситов.

В третьей главе представлены экспериментальные исследования по влиянию добавки боксита на физико-технологические свойства нефелинового спека.

В четвертой главе рассмотрены варианты использования технологии применительно к рудам Горячегорского месторождения, даны теоретические и практические положения эффективного использования технологии совместной переработки нефелинов с добавками бокситов.

Автор выражает глубокую благодарность и признательность научному руководителю, доктору технических наук, профессору, заслуженному деятелю науки РФ В.М. Сизякову и кандидату технических наук Н.Н. Тихонову за идеи, которые послужили основой проведения исследований, внимание, помощь и поддержку на различных этапах написания диссертационной работы.

ОСНОВНЫЕ ЗАЩИЩАЕМЫЕ ПОЛОЖЕНИЯ

Добавка бокситов в нефелино-известняковую шихту позволяет вовлечь в производство глинозема некондиционные и забалансовые руды Кия-шалтырского нефелинового месторождения, а также руды Горячегорского месторождения без глубокого их обогащения; количество добавляемого боксита повышает выход щелочных алюминатов, что определяется взаимодействиями в системе Al₂O₃-Na₂O-Fe₂O₃-СаО-SiO₂, предельная величина ввода добавки определяется содержанием Fe₂O₃ в боксите.

Кия-шалтырское месторождение нефелиновых руд непрерывно эксплуатируется с 1970 года и близко к истощению. Руды резервной сырьевой базы - Горячегорского месторождения - существенно беднее руд КШНР, их переработка без предварительного обогащения приведет к заметному снижению производительности комбината.

Альтернативой глубокому обогащению руд с использованием флотации или двухстадийного магнитного обогащения может стать добавка глиноземсодержащего бесщелочного сырьевого компонента, например боксита.

С увеличением массовой доли боксита в рудной смеси растет содержание оксида алюминия в спеке, что наряду с некоторым повышением извлечения Al₂O₃ при выщелачивании обуславливает снижение удельного расхода спека и, соответственно, обеспечивает рост производительности завода при неизменной нагрузке на передел спекания.

Таким образом, при необходимости, можно заметно увеличить выпуск глинозема при некотором сокращении производства содопоташной продукции без существенного изменения аппаратурно-технологической схемы производственного процесса, принимая во внимание сложившуюся конъюнктуру рынка. При её изменении возможна корректировка соотношения между бокситовой и нефелиновой составляющей шихты.

Для изучения влияния добавок боксита на физико-технические свойства получаемого спека при выполнении данной работы были проведены серии лабораторных экспериментов по спеканию нефелиновых руд и концентратов с использованием бокситов Тиманского и Североонежского месторождений с долей боксита 0-30% от веса рудной смеси в интервале температур 1200-1300?С, по методике института ВАМИ, которая наиболее полно отражает технологический процесс промышленной переработки нефелинов.

В настоящей работе были изучены шихты с разными щелочными модулями: ненасыщенная с и насыщенная с .

По промышленным данным при спекании нефелиновой руды без добавки боксита наилучшие показатели получаются при использовании ненасыщенной шихты.

Насыщенная шихта обеспечивает высокое извлечение глинозема, но извлечение щелочей из спека снижается. Кроме того, в этом случае неизбежны дополнительные потери щелочей в связи с увеличенным щелочным оборотом в цикле.

Однако, при добавке боксита в случае использования ненасыщенной шихты снижается доля щелочей для образования алюмината и феррита натрия из-за увеличения содержания оксида железа в спеке. Поэтому при переработке нефелинов с добавками бокситов щелочь необходимо дозировать как на Al₂O₃, так и на железо в шихте, чтобы полностью связать Al₂O₃ в алюминат, а Fe₂O₃ в феррит натрия.

Исследования реологических свойств нефелиновых шихт в зависимости от доли боксита в рудной смеси показали увеличение подвижности пульпы, что позволит снизить влажность пульпы по даваемой в печь спекания и, соответственно, сократить расход топлива.

Анализ физико-технических свойств изученных спеков позволяет утверждать, что спек, полученный на основе кия-шалтырской руды с добавками североонежского боксита, аналогичен заводскому. Увеличение доли североонежского боксита в шихте спекания не приводит к изменению значимых физико-технологических свойств спека, что объясняется практически одинаковым ферритным отношением в кия-шалтырской нефелиновой руде и североонежском боксите. Это позволяет перерабатывать его по существующей технологической схеме, не внося в неё существенных изменений.

В тиманском боксите содержание соединений железа значительно выше, что приводит к изменению плавкости спека с повышением доли боксита в шихте спекания. Поэтому для получения спека с одинаковой степенью оплавленности, т.е. с одинаковой пористостью, плотностью и усадкой (рис.1, а, б, в), необходимо снижать температуру спекания с ростом массовой доли боксита в шихте. Так, например, при содержании 10% боксита от рудной смеси температура спекания должна быть ниже примерно на 15єС (при 20% - ниже на 25є, при 30% - на 30єС). Снижение температуры спекания, в свою очередь, приведет к экономии топлива.

Тиманские бокситы спекательного типа отличаются от североонежских меньшим содержанием Al₂O₃ (~46 вместо 52%) и SiO₂ (~12 вместо 18%). Кремневый модуль тиманских бокситов существенно выше.

На рис. 2 приводятся графики зависимости содержания Al₂O₃, SiO₂ и Fe₂O₃ в спеках в зависимости от доли боксита в шихте при спекании нефелиновой шихты АГК с различными добавками тиманских и североонежских бокситов по данным выполненных нами экспериментальных исследований. Показано, что спеки получаемые с добавкой 10% североонежских бокситов богаче примерно на 0,8%, чем при использовании той же добавки тиманских бокситов. Это позволяет при том же объеме использования североонежских бокситов получить больше товарного глинозема.

Учитывая вышесказанное, североонежский боксит более перспективен в качестве глиноземсодержащей добавки к шихте АГК.

Извлечение глинозема и щелочей из нефелино-бокситовой шихты не ухудшается, как можно было предположить на основании ранее выполненных исследовательских работ с использованием нефелиновых руд с повышенным содержанием оксида железа, а, напротив, несколько улучшается за счет увеличения в шихте содержания Al₂O₃:

На основании данных лабораторных экспериментов был выполнен сравнительный материальный баланс производства, на основании которого были рассчитаны показатели комбинированной технологии совместной переработки кия-шалтырского нефелина и североонежского боксита:

· При дозировке боксита в нефелиновую шихту АГК повышается производительность предприятия:

· Удельный расход рудной составляющей спека изменяется следующим образом:

В связи со снижением удельного расхода спека соответственно уменьшается и удельный расход топлива при увеличении доли боксита в шихте.

· Снижение щелочности рудной смеси приведет к снижению выпуска содопоташной продукции:

и, соответственно, увеличению оборотного потока. Так, увеличение оборотного щелочного потока при добавке боксита составит: при 10%-ной добавке - на 26%, при 20% -на 48%, при 30% - на 65%.

Несмотря на снижение выпуска содопродуктов при переработке нефелино-бокситовой шихты эффективность предлагаемой технологии в целом, при оптимальной добавке боксита, как показывает предварительные технико-экономические расчеты для условий АГК, остается на достаточно высоком уровне.

С ростом добавки боксита улучшается соотношение между выпуском глинозема и выходом белитового шлама для производства цемента.

Для исследования применимости технологии совместной переработки нефелина и боксита к рудам горы Горячей была выполнена серия лабораторных экспериментов с использованием горячегорской руды и концентрата. В качестве алюминийсодержащей добавки в основном использовали североонежский боксит.

Было установлено, что при спекании горячегорской нефелиновой руды, содержащей до 10% Fe₂O₃ при ферритном отношении 0,21-0,25 в лабораторных условиях могут быть получены спеки с высоким извлечением Al₂O₃ (на уровне 90%) и щелочей в температурном интервале 1250-1275єС. Однако, в связи с низким содержанием Al₂O₃ в руде (23.0-23.5%) и более низким кремневым модулем по сравнению с кия-шалтырской рудой, содержание Al₂O₃ в спеке составляет 13,4-13,9%, т.е. примерно на 2% ниже, чем при использовании кия-шалтырской руды. Это означает, что при неизменном количестве спека, получаемом на печах спекания комбината, производительность предприятия по глинозему соответствующим образом снижается, а удельный расход топлива на переделе спекания возрастает.

При спекании концентрата, полученного из горячегорской руды методом двухстадийной магнитной сепарации, содержание Al₂O₃ в получаемом спеке возрастает до уровня, близкого к получаемому при использовании кия-шалтырской руды. Однако, в связи с низким содержанием Fe₂O₃ в шихте (f/a = 0,04) температура спекообразования повышается приблизительно на 50єС, что приведет к увеличению расхода топлива и уменьшению стойкости футеровки.

Для компенсации отрицательных факторов при переработке горячегорской руды и повышения содержания оксида алюминия в спеке до существующего в настоящее время уровня (~15%) требуется добавка к шихте 14% североонежского боксита. Температура спекания сохраняется на уровне 1250-1275?єС, извлечение оксида алюминия и щелочей около 90%. Аналогичные показатели извлечения были достигнуты и при использовании тиманского боксита.

Основные решения, принятые для варианта использования Горячегорских нефелиновых руд, могут быть использованы и при вовлечении в промышленную переработку некондиционных и забалансовых руд Кия-Шалтырского нефелинового месторождения. Ориентировочный средний состав забалансовых руд (22,5% Al₂O₃; 40% SiO₂; 11% CaO; 5,6% Fe₂O₃) практически аналогичен рудам горы Горячей (22,5% Al₂O₃; 42,8% SiO₂; 7,8% CaO; 8,8% Fe₂O₃).

Для теоретического обоснования технологии совместной переработки нефелинов и бокситов необходимо было выполнить анализ полученных результатов с позиций взаимодействий в частных разрезах системы Al₂O₃-Na₂O-Fe₂O₃-СаО-SiO₂ и прежде всего, в тройной системе Na₂O•Al₂O₃-Na₂O•Fe₂O₃-2CaO•SiO₂ (рис.3).

В ранее выполненных работах, приводятся лишь отрывочные данные о влиянии соединений железа на технологию спекания и качество получаемых спеков. Превалирует мнение, что повышенное содержание железа в нефелиновой шихте приводит к отрицательному эффекту. Поэтому для получения дополнительной информации о поведении шихты при спекании рудных материалов, содержащих различное количество оксидов железа в диапазоне до 7% Fe₂O₃, чтобы исключить влияние других побочных факторов, неизбежных при работе с различными нефелиновыми рудами и сопутствующими натуральными сырьевыми материалами, были составлены синтетические шихты, соответствующие промышленным образцам.

Шихты с кремневым модулем 0,5 соответствуют горячегорским нефелиновым рудам и концентратам по соотношению основных компонентов и изменяются по лучу a-b на тройной диаграммме состояния Na₂O·Al₂O₃-Na₂O·Fe₂O₃-2CaO·SiO₂ (рис.3), шихты с кремневым модулем 0,7 соответствуют кия-шалтырским нефелиновым рудам и концентратам и изменяются по лучу c-d тройной диаграммы. Спеки, получаемые из данных шихт, лежат в поле диаграммы, ограниченном заштрихованным четырехугольником a-b-c-d.

Состав этих спеков находится вне пределов области кристаллизации А, где получаемые спеки не могут рассматриваться как смесь трех простых двойных соединений. В этой части диаграммы (А) наблюдается пониженное извлечение глинозема и щелочей, связанное с образованием соединений N₂C₈S₅ с C₄A_F (браунмиллерит).

В результате лабораторных экспериментов по спеканию и выщелачиванию синтетических шихт установлено, что в изученной области составов исходных рудных материалов, которая характеризуется изменением содержания Al₂O₃ в диапазоне 21-26,5%, Fe₂O₃ - в диапазоне 0,6-16% (- 0,02-0,5) могут быть получены спеки с достаточно высоким извлечением глинозема и щелочи (до 91%).

При этом, с увеличением содержания оксидов железа в рудном материале изменяются условия процесса спекания, при которых могут быть получены спеки удовлетворительного качества. Так, при незначительном содержании Fe₂O₃ в руде (порядка 0,3%, =0,02) извлечение Al₂O₃ на уровне 89% наблюдается лишь при температуре спекания 1325єС, а извлечение щелочей не превышает 81%, спеки тугоплавкие, непрочные. C повышением содержания Fe₂O₃ в руде до 5% ( = 0,12-0,14) процесс спекообразования происходит активнее. Уже при 1275°С достигается извлечение Al₂O₃ на уровне 88%, которое увеличивается до уровня 90% при повышении температуры до 1300-1325°С. При этом возрастает оплавленность спека и его прочность. Извлечение щелочей составляет 87-91%. Площадка спекообразования лежит в пределах 1275-1325°С.

При 8-9% Fe₂O₃ в рудном материале (= 0,20-0,25) высокое извлечение Al₂O₃ и R₂O достигается при температуре спекания 1250-1300°С. Уже при температуре 1300°С спек заметно оплавлен (рис 4), его прочность заметно возрастает. Площадка спекообразования лежит в пределах 1250-1300°С.

При дальнейшем увеличении содержания Fe₂O₃ в рудном материале до 14-16%, наибольшее извлечение Al₂O₃ имеет место при 1250°С. При отклонении температуры от этого значения на 25°С как в сторону увеличения, так и в сторону снижения наблюдается существенное снижение извлечения Al₂O₃. При 1275°С спек сильно оплавлен.

Таким образом, установлено, что температура спекания шихты в изученном диапазоне определяется в основном отношением Fe₂O₃/Al₂O₃ в ней (рис 5).

Как показывают полученные результаты, кремневый модуль рудного материала в пределах 0,5-0,7 практически не влияет на температурный режим процесса спекания при различном содержании оксидов железа и определяет лишь содержание Al₂O₃ в получаемом спеке. При м_Si = 0,5 содержание Al₂O₃ в спеке находится на уровне 12,0-13,5% (в зависимости от содержания Fe₂O₃ в нем), при м_Si = 0,7 соответственно 15-17%.

На основании научного обоснования способа совместной переработки нефелинов с добавками бокситов и технологических исследований можно придти к следующему заключению: добавки североонежских или тиманских бокситов при переработке нефелиновых руд действующего Кия-Шалтырского нефелинового рудника, забалансовых и некондиционных руд Кия-Шалтыря, руд или концентратов горы Горячей позволяют повысить производительность АГК по глинозему; величина добавки бокситов в каждом конкретном варианте будет определяться соответствующим технико-экономическим обоснованием.

Спек, получаемый из нефелино-боксито-известняковой шихты обеспечивает стабилизацию в-модификации двухкальциевого силиката, что позволяет целенаправленно изменять параметры выщелачивания с целью максимального извлечения глинозема и щелочей.

Вторичные потери ценных компонентов в процессе переработки нефелинов способом спекания в основном связаны с частичным разложением основного кремнеземистого компонента спека - двухкальциевого силиката:

2CaOSiO₂ + 2NaOH + H₂O 2Ca(OH)₂ +Na₂SiO₃ (1)

В результате наших исследований по изучению фазового состава ачинских нефелиновых производственных спеков показано, что двухкальциевый силикат в них при спекании щелочных алюмосиликатов может существовать как в форме -2CaOSiO₂ (C₂S), так и в форме '-2CaOSiO₂. Установлено, что в ачинском спеке содержится около ~60% -2 C₂S и ~40% - C₂S.

Структуры '- и -модификаций близки. Небольшой деформации решетки достаточно, чтобы структуру силиката из моноклинной -формы перевести в ромбическую -форму. Диагностическими признаками появления '-C₂S в спеке служит замена дублета 2,78-2,75 Е на 2,76-2,69 Е и сильнейших линий 2,02 Е и 1,978 Е на 2,035 Е и 1,94 Е (рис.6).

Для проведения исследований модификацию '-C₂S синтезировали по методике ВАМИ путем низкотемпературного выщелачивания железистого спека ПАЗ'а; выщелоченный шлам на 90% состоял из '-C₂S. Модификацию -C₂S выделяли из болгаритового спека, полученного при температуре 1300єС, содержание -C₂S составило 92%. Выщелоченные шламы измельчали до крупности 100% минус 40 мкм.

С целью повышения мономинеральности шламов пробы обогащали в тяжелых жидкостях с переменной плотностью.

Исходя из значений удельного веса разделяемых фаз на основе йодистого и бромистого метилена были составлены смеси тяжелых жидкостей с удельным весом от 2,85 до 3,10 ^г/_см3. Небольшое количество шлама (10 г) засыпалось в цилиндры и заливалось тяжелой жидкостью. После перемешивания пробы отстаивались в течение 1-1,5 часов, затем верхняя, более легкая фракция сливалась.

Операцию декантации повторяли многократно, и это позволило получить двухкальциевый силикат с меньшим количеством примесей. Все операции проходили при постоянном петрографическом контроле. Для шламов были получены пробы с количеством примесей ~5%, представленных прослойками гидросиликатов кальция ~2% и стекла, а также железосодержащими фазами щелочных алюмосиликатов с СаСО₃. Состав в мольных долях примерно соответствовал: C_2,01A_0,03Fe_0,001R_0,02.

Опыты по гидратации '-C₂S и -C₂S проводили с использованием каустических растворов в условиях подобия промышленной технологии по концентрации Na₂O_к ~85-90 г/л при температуре существующей технологии 90єС.

Время термостатирования проб по сравнению с промышленным способом было увеличено с 20 мин до 2 час, это было сделано для углубления реакции разложения '- и -C₂S и облегчения идентификации продуктов реакции.

Термостатирование двухкальциевого силиката в каустических растворах осуществлялось при Ж:Т = 3,6, что соответствует промышленным параметрам, в лабораторных автоклавах V = 100 мл, заполненных стальными шариками и установленных на вращающейся рамке в воздушном термостате, n = 60 об/мин.

В результате исследований подтверждено, что у модификации -С₂S способность к гидратации выше, что объясняет более активное взаимодействие с алюминатными растворами:

'-2CaOSiO₂ + H₂O 2CaOSiO₂H₂O (C₂SHI) (2)

-2CaOSiO₂ + 2H₂O CaOSiO₂H₂O (CSHI) + Ca(OH)₂ (3)

При гидратации -C₂S, на поверхности отмечается скопление агрегатированных кристаллов высокоосновной фазы C₂SH, обладающей невысокой удельной поверхностью (3-4 ^м2/_г), которая мало влияет на переход SiO₂ в раствор.

В процессе выщелачивания ачинских алюминатных спеков, концентрация кремнезема быстро достигает в алюминатном растворе предельного метастабильного уровня за счет разложения -модификации по реакции (1). После достижения максимальной концентрации SiO₂ в алюминатном растворе активно идет процесс перехода гидроксокомплексов Si(IV) с основной связью Al-O-Si (полоса в ИК-спектре 980см^-1) в полимерные алюмо-кремниевые гидроксокомплексы (предтеча ГАСН) с последующей кристаллизацией гидроалюмосиликата натрия (Na₂OAl₂O₃2SiO₂2H₂O).

Это приводит к существенным вторичным потерям глинозема и щелочи (на уровне 4-5%); при этом почти весь кремнезем из раствора переходит в ГАСН.

При гидратации более устойчивой модификации -C₂S на поверхности отмечается образование тонких каемок тоберморитопободной фазы волластонитовой структуры CSHI (3) с высоким диффузионным сопротивлением (уд. поверхность CSHI ~110^м2/_г) что практически быстро останавливает переход SiO₂ в раствор.

Доля вторичных потерь за счет разложения -модификации двухкальциевого силиката мала, по сравнению с тем количеством потерь, которые приходятся на долю разложения '-модификации C₂S.

В результате работы установлено, что повышенное содержание соединений железа в спеках играет стабилизирующую роль в процессе кристаллизации C₂S. При увеличении содержания соединений железа в спеках формируется преимущественно устойчивая фаза -2CaOSiO₂, которая обеспечивает снижение вторичных потерь глинозема и щелочи при выщелачивании. Алюминат натрия практически не образует твердых растворов с -2CaOSiO₂ и кристаллизуется в виде самостоятельной фазы, что также повышает извлечение полезных компонентов.

По результатам экспериментальных исследований при добавке боксита содержание Fe₂O₃ в спеке увеличивается с 3,2% до 5,5-9,3% (добавка боксита от 15 до 30%), что приводит к кристаллизации двухкальциевого силиката преимущественно в форме: при добавке 15% ренгено-фазовым анализом определяются уже следы -С₂S, а при 30% двухкальциевый силикат представлен только в виде -2CaOSiO₃.

Эти данные подтверждаются также снижением уровня вторичных потерь при выполнении лабораторных экспериментов по спеканию смешанных нефелино-бокситовых шихт.

ВЫВОДЫ

Диссертация представляет собой законченную научно-исследовательскую работу, в которой поставлена и решена актуальная задача расширения сырьевой базы крупнейшего глиноземного предприятия России - Ачинского глиноземного комбината, путем переработки нефелинов с добавками бокситов.

Выполненные автором исследования позволяют сделать следующие выводы:

1. Эффективность переработки низкокачественных нефелинов может быть повышена за счет добавки к нефелино-известняковым шихтам бокситов спекательных сортов, где содержание Al₂O₃ почти в 2 раза выше, чем в нефелинах;

2. Увеличение содержания железа в шихте не приводит к снижению извлечения ценных компонентов, как предполагалось ранее, а физико-технологические свойства получаемого спека позволяют внедрить технологию без существенных изменений существующей аппаратурной базы;

3. Оптимальная температура спекания нефелино-бокситовых шихт зависит от отношения оксида железа к оксиду алюминия в нефелиновой составляющей шихты (ферритного модуля);

4. При увеличении содержания соединений железа в спеках формируется преимущественно устойчивая фаза -2CaOSiO₂, которая обеспечивает снижение вторичных потерь глинозема и щелочи при выщелачивании. Алюминат натрия практически не образует твердых растворов с -2CaOSiO₂ и кристаллизуется в виде самостоятельной фазы, что также повышает извлечение полезных компонентов;

5. Предложена технология совместной переработки нефелинов с добавками бокситов, позволяющая снизить капитальные затраты при переходе предприятия на руды резервной сырьевой базы, а также вовлечь в промышленную переработку некондиционные и забалансовые руды Кия-Шалтырского нефелинового месторождения;

6. Величина добавки боксита в каждом конкретном варианте будет определяться технико-экономическим обоснованием с учетом типа боксита, используемой нефелиновой руды и конъюнктуры рынка.

По теме диссертации опубликованы следующие работы

1. Виноградов С.А. К вопросу повышения качества сырьевой смеси при комплексной переработке нефелиновых руд и концентратов методом спекания на Ачинском глиноземном комбинате/Сизяков В.М. // Металлург, 2009. №_4.

2. Патент РФ №2006112505. Способ переработки нефелиновой руды с дозировкой боксита/Аникеев В.И., Виноградов С.А., Галиуллин Ф.Г., Долгирева К.И., Насыров Г.З., Тихонов Н.Н., и д.р. Заявлено 14.04.2006 Опубл. 10.11.2007.

3. Виноградов С.А. Технология совместной переработки нефелинов и бокситов//Записки Горного института - СПб.: СПГГИ, 2007, Т.170.

4. Vinogradov S.A. To the question of joint processing of nepheline and bauxite ores for alumina, soda ash, potash, and cement production/Materialy XLVII Sesji Pionu Gorniczego, Akademia Gorniczo-Hutnicza, Krakow, 2006.

5. Vinogradov S.A. To the question of joint processing оf nepheline and bauxite ores/Тезисы LVII Международного форума горняков и металлургов «Freiberger Forschungshefte», Фрайберг, Германия, 2007.

Размещено на Allbest.ru