[1]Изобретение относится к области цветной металлургии, в частности, к технологии производства глинозема из бокситов.
[2]Из уровня техники известен способ переработки железоглиноземистого сырья (Патент РФ №2086659. Способ переработки железоглиноземистого сырья. /Буркин С.П., Логинов Ю.Н., Коршунов Е.А. и др. Заявл. 03.09.93, МКИ С21В 11/00, С22В 7/00, БИ №22 от 10.08.97, Логинов Ю.Н., Буркин С.П., Логинова И.В. и др. Восстановительная плавка красных шламов глиноземного производства. Сталь, 1998, №8. С.74-77), включающий пирометаллургическую обработку исходного сырья в виде смеси боксита, красного шлама глиноземного производства и углеродсодержащих добавок. Благодаря нахождению благоприятного соотношения между кремнеземом, глиноземом и оксидами железа в шихте удалось провести процесс восстановительной плавки с разделением отдельных компонентов шихты на железо и высокоглиноземистый цемент и тем самым добиться комплексной переработки железоглиноземистого сырья. Недостатком процесса является необходимость использования углеродистого восстановителя, который должен одновременно играть роль топлива. Это привязывает процесс переработки к наличию источников дешевого твердого топлива, в качестве которого предложено применять коксовые составляющие колошниковых шламов и пылей. В целом, применение пирометаллургических способов требует применения больших затрат на источники тепла и ремонт огнеупорных футеровок печей.
[3]Меньших энергетических затрат требует применение методов гидрометаллургии, в той или иной степени использующих метод Байера.
[4]Из уровня техники известен способ переработки бокситов по параллельной схеме Байер-спекание (Лайнер А.И. Производство глинозема. М.: Металлургиздат, 1961, 620 с, с.570-572). В байеровской ветви перерабатывается малокремнистый боксит, а в спекательной высококремнистый. При этом компенсация потерь щелочи в обеих ветвях схемы производится введением в шихту спекания кальцинированной и оборотной соды. Недостатком является получение большого количества экологически небезопасного побочного продукта - красного шлама и проблем хранения его на шламохранилищах.
[5]Имеется ряд известных способов, направленных на улучшение технологических показателей переработки бокситового сырья и упрощение технологии по вышеуказанной схеме. Например, при переработке бокситов СУБРа для вывода карбонатов из ветви Байера предусматривается классификация после измельчения в ветви Байера пульпы по классу - 3-10 мм, минусовой класс.
[6]Минусовой класс перерабатывается с последующим доизмельчением и выщелачиванием в ветви Байера, а плюсовую фракцию подвергают вторичной классификации по классу 15-40 мм, плюсовой класс выводят из процесса, а минусовой направляют в спекательную ветвь на приготовление шихты. Таким путем осуществляется частичный вывод из процесса карбонатных минералов исходного сырья (Патент РФ №2039704. Способ переработки боксита по параллельной схеме Байер-спекание/ Савченко А.И., Чернабук Ю.Н., Лобанов В.А. и др. Заявл. 21.08.92, МКИ C01F 7/38 от 20.07.95).
[7]По другому способу (авт.св. СССР №1423498. Способ переработки бокситов на глинозем/ Логинова И.В., Корюков В.Н., Лебедев В.А. и др. Заявл. 26.11.86, МКИ C01F 7/06, БИ №34 от 15.09.88) усовершенствование с целью повышения извлечения полезных компонентов из бокситового сырья обеспечивается за счет автоклавного выщелачивания спеков частью алюминатного раствора байеровской ветви и последующей совместной декомпозиции алюминатных растворов обоих ветвей.
[8]Во всех перечисленных способах усовершенствование касается в основном байеровской ветви и в небольшой степени передела гидрохимической переработки спека.
[9]В качестве усовершенствования параллельной схемы в источнике (Логинова И.В., Корюков В.Н. и др. Совместное выщелачивание бокситов и спеков. Известия вузов. Цветная металлургия, 1986, №4. С.43-48) предложено производить совместное выщелачивание бокситов и спеков по способу Байера. В этом техническом решении упрощается аппаратурно-технологическая схема ветви спекания боксита за счет ликвидации в ней диффузионного и других видов выщелачивания спека а также обескремнивания алюминатного раствора.
[10]Недостатком этого решения является наращивание потоков в ветви Байера, вследствие чего могут увеличиться потери глинозема и щелочи с красным шламом при ухудшении качества спека, в особенности при спекании высококремнистого бокситового сырья.
[11]Все вышеизложенные способы в области гидрометаллургии обладают общим недостатком - низкими технологическими показателями в ветви спекания (большой удельный расход топлива, щелочей, низкий товарный выход глинозема, отсутствие возможности комплексного использования полученных красных шламов).
[12]Наиболее близким по совокупности существенных признаков является способ переработки бокситов на глинозем по способу Байера, принимаемый за прототип (Лайнер А.И. и др. Производство глинозема. М.: Металлургиздат, 1978. 344 с. С.63).
[13]В соответствии со способом по прототипу осуществляют размол боксита в оборотном растворе, его выщелачивание, сгущение с получением алюминатного раствора и красного шлама. Затем проводят промывку красного шлама, декомпозицию алюминатного раствора с получением гидроокиси алюминия и маточного раствора, выпарку маточного раствора с получением оборотного раствора. Затем выполняют кальцинацию гидроокиси алюминия с получением глинозема.
[14]По прототипу красный шлам, полученный в ветви Байера, направляется в отвал. Объем производства шламов только одним Уральским алюминиевым заводом составляет 0,7-1,0 млн т в год. Красные шламы накапливаются в шламохранилищах и практически не утилизируются, представляя собой угрозу окружающей среде из-за просачивания в грунтовые воды едкой щелочи и образования большого количества пыли в засушливое время года. В то же время красные шламы содержат такие ценные компоненты как оксиды алюминия, кремния, железа, редкоземельных металлов.
[15]Задачей предполагаемого изобретения является повышение химического выхода глинозема, уменьшение выхода красного шлама, снижение содержания глинозема в нем и повышение содержания в нем оксида железа.
[16]Поставленная задача решается тем, что после размола боксита в оборотном растворе, полученную пульпу нагревают до удаления воды из оборотного раствора с получением сухого остатка, упаренную воду конденсируют, соединяют с сухим остатком и направляют на выщелачивание, после операции сгущения алюминатный раствор подвергают операции обескремнивания с получением белого шлама и алюминатного раствора, который направляют на операцию декомпозиции.
[17]Высокожелезистый красный шлам, полученный после выщелачивания, направляют на извлечение железа, титана и редкоземельных металлов.
[18]Сущность предлагаемого технического решения заключается в том, что при нагреве пульпы до удаления воды из оборотного раствора используется прием повышения концентрации свободной каустической щелочи в алюминатном растворе в результате проведения операции упаривания. На стадии образования сухого остатка начинают интенсивно проходить твердофазные реакции образования феррита и алюмината натрия. Данная операция позволяет осуществить безавтоклавное вскрытие бокситового сырья. Тем самым исключается необходимость получения высокотемпературного острого пара, используемого в настоящий момент в технологии для автоклавного вскрытия бокситового сырья.
[19]Упаренную воду конденсируют для того, чтобы ее можно было соединить с сухим остатком, не вовлекая в оборот объемы свежей воды, что нежелательно из экологических соображений. В результате выщелачивания образуется щелочно-алюминатный раствор с повышенным содержанием кремнезема. Поэтому после сгущения алюминатный раствор подвергают операции обескремнивания с получением белого шлама и алюминатного раствора, который направляют на операцию декомпозиции.
[20]Переработка белого шлама может осуществляться с использованием известных методов с целью возврата полезных компонентов. Это приводит к дополнительному извлечению глинозема и щелочи из него.
[21]Красный шлам, полученный после выщелачивания, после промывки направляют на извлечение железа, титана и РЗМ. Возможность такого использования продукта, полученного, правда, иным способом и в других условиях, показана в источниках (Патент РФ №2086659. Способ переработки железоглиноземистого сырья. /Буркин С.П., Логинов Ю.Н., Коршунов Е.А. и др. Заявл. 03.09.93, МКИ С21В 11/00, С22В 7/00 БИ №22 от 10.08.97; Логинов Ю.Н., Буркин С.П., Логинова И.В. и др. Восстановительная плавка красных шламов глиноземного производства. Сталь, 1998, №8. С.74-77).
[22]Пример 1 (по прототипу). В лабораторных условиях обрабатывали боксит Тиманского месторождения следующего химического состава (мас.%): Al2O3 - 49,9; SiO2 - 6,4; Fe2O3 - 25,9; CO2 - 0,1; кремневый модуль 7,8. Теоретическое извлечение Al2O3 87,2%. Боксит измельчали до крупности - 0,05 мм 90%, затем определенную навеску боксита смешивали с оборотным раствором и выщелачивали в автоклавах при температуре 225°C в течение 2 ч. Расчет навески боксита и оборотного раствора осуществляли с получением в конечном итоге раствора с каустическим модулем алюминатного раствора - 1,65 ед. Химический состав исходного оборотного раствора: Na2Oк 300 г/л Al2O3 150 г/л, каустический модуль раствора 3,3 ед. Полученную автоклавную пульпу после выщелачивания разбавляли до концентрации Na2Oк 140 г/л и подвергали операции сгущения. Полученный раствор отправляли на декомпозицию, а красный шлам после промывки и сушки подвергали химическому анализу. Состав красного шлама, полученный по прототипу, при автоклавном выщелачивании исходного боксита при температуре 220°C (состав шлама, мас.% Na2O - 6,1; SiO2- 13,1; Al2O3 - 14,5; Fe2O3 - 46,4; выход красного шлама составил 55,8%). Химический выход глинозема составил - 83,8%.
[23]Пример 2 (по предлагаемому способу). Переработку боксита осуществляли в соответствии с настоящим изобретением.
[24]Проводили размол боксита в оборотном растворе с концентрацией 300 г/л Na2Oк, после размола боксита в оборотном растворе, полученную пульпу нагревали до удаления воды из оборотного раствора с получением сухого остатка, упаренную воду конденсировали, соединяли с сухим остатком и направляли на выщелачивание при температуре 30-40°C, после операции сгущения алюминатный раствор с концентрацией Na2Oк 140 г/л и конечным каустическим модулем 1,65 подвергали операции обескремнивания с получением белого шлама и алюминатного раствора, который направляли на операцию декомпозиции. В этом случае в отличие от автоклавного выщелачивания кремнезем удерживается щелочно-алюминатным раствором, в результате чего и алюминатный раствор удается отделить от красного шлама с удержанным в нем кремнеземом, затем произвести операцию обескремнивания с получением белого шлама и алюминатного раствора, который направляли на операцию декомпозиции.
[25]Полученный красный шлам после промывки и сушки подвергали химическому анализу (состав шлама, мас.% Na2O - 0,3; SiO2 - 3,2; Al2O3 - 4,1; Fe2O3 - 75,9; TiO2 - 9,8; выход красного шлама 29,5%). Химический выход глинозема составил - 97,1%.
[26]Полученный белый шлам после промывки и сушки подвергали также химическому анализу (состав шлама, мас.% Na2O - 19,8; SiO2 - 34,2; Al2O3 - 33,1; H2O - 12,0; выход белого шлама 14,5%).
[27]Пример 3 (по предлагаемому способу). Условия переработки боксита оставили прежними за исключением температуры выщелачивания, которую назначили в переделах 45-50°C. Полученные результаты химических анализов имели отклонения не выше 5%, что позволило сделать вывод о возможности осуществления способа и в более широком интервале температур выщелачивания.
[28]По сравнению с прототипом улучшены следующие показатели, что одновременно является техническим результатом:
[29]- Химический выход глинозема повышен с 83,8 до 97,1%, т.е. на 13.3 %.
[30]- Выход красного шлама уменьшен с 55,8 до 29,5%, т.е. на 26,3%.
[31]- Снижено содержание полезного компонента (глинозема) в отходах производства (в виде красного шлама) с 14,5 до 4,1%, т.е. на 10.4 %.
[32]- Повышено содержание оксида железа в красном шламе с 46,4 до 75,9%, что делает перспективным его использование в качестве железорудного сырья.
