Металлургияиматериаловедение
Металлургия черных, цветных и редких металлов
Бибанаева С.А., научный сотрудник Сабирзянов Н.А., доктор технических наук, заведующий лабораторией (Институт химии твердого тела Уральского отделенияРоссийской академии наук)
Корюков В.Н., кандидат технических наук, доцент
Уфимцев В.М., кандидат технических наук, доцент Абакумов С.А.
(Уральский федеральный университет имени Первого Президента России Б.Н. Ельцина)
ТЕХНОЛОГИЯ ПОЛУЧЕНИЯ ИЗВЕСТИ И ИСПОЛЬЗОВАНИЕ ЕЕ ПРИ
ПРОИЗВОДСТВЕ ГЛИНОЗЕМА
Описан способ получения технологической извести из отсевов известняка в виде гранул. Предложен способ использования гранул при производстве глинозема по способу Байера. Изложены результаты работы, проведенной с целью повышения степени очистки алюминатных растворов ветви Байера от кремнезема. Показано более активное взаимодействие поверхностно-карбонизированной извести по сравнению с известью марки «Ч» с компонентами раствора с получением нового соединения.
Ключевые слова: технологическая известь, алюминатный раствор, производство глинозема, обескремнивание, выщелачивание.
TECHNOLOGY FOR OBTAINING LIME AND ITS APPLICATION IN ALUMINA PRODUCTION
The method for the production of industrial lime granules from limestone siftings is described and a technique for using these granules in the alumina Bayer process is proposed. We report on the results of studies performed to increase the degree of silica removal from aluminate Bayer solutions. It is shown that surface-carbonated lime interacts more actively with the solution components than analytically pure lime giving rise to a new compound.
Keywords: industrial lime, aluminate solution, alumina production, desiliconization, leaching.
Введение
Основным видом сырья для производства глинозема является боксит. Качество бокситов во многом определяется количеством кремнезема, который существенно осложняет технологию получения глинозема. Высококачественные бокситы (не более 3-5% SiO2) перерабатывают по способу Байера, основным процессом которого является выщелачивание.
При выщелачивании алюминий из минералов бокситапереходит в раствор. Минералы кремния, железа, титана и других элементов или сохраняются без изменения, или образуют со щелочью слаборастворимые или нерастворимые соединения. Так кремнезем образует с алюминатными растворами сначала метасиликат натрия, а затем слаборастворимый гидроалюмосиликат натрия состава Na2O-Al2O3-xSiO2-nH2O (ГАСН), вместе с которым из раствора
теряются щелочь и оксид алюминия. Чем выше содержание кремнезема в боксите, тем больше безвозвратные потери. Кроме того, часть кремнезема остается в растворе, что является весьма нежелательным, так как выделение из раствора гидроксида алюминия тем или иным способом сопровождается переходом в него почти всего оксида кремния. Для получения чистого алюминия обязательным условием является получение глинозема с минимальным содержанием БЮ2.
В промышленных условиях предел удаления БЮ2 из алюминатных растворов зависит от эффективности применяемого способа обескремнивания.
В качестве реагентов для обескремнивания применяют различные добавки. В настоящее время одной из наиболее эффективных обескремнивающих добавок является оксид кальция. Однако оксид кальция, полученный в промышленности различными методами, ведет себя при обескремнивании неодинаково.
В данной работе представлены результаты исследований по выщелачиванию бокситов и обескремниванию алюминатных растворов с использованием извести с повышенной реакционной способностью, полученной по патенту Р.Ф. № 2287496 от 27.04.2005.
Методика эксперимента
В ходе исследований был использован боксит Тиманского месторождения следующего состава, % масс.: АЬОз - 49,8; СО2 - 0,35; БЮ2 - 6,84; Бе203 - 27,4; ТЮ2 - 2,9; МпО - 0,63; СаО - 0,43; М§0 - 0,55; 8общ. - 0,05, п.п.п. - 11,23, 7,28. Для выщелачивания использовался промышленный оборотный раствор состава, г/дм3: А1203 - 149,6; №20общ. - 320,85; БЮ2 - 1,12.
Для приготовления шихты боксит разной крупности смешивался в следующих пропорциях: 75% фракции 00,074 мм, 2,5% фракции +0,147 мм и 22,5% фракции 00,074.. ,+0,147мм, затем к навеске боксита добавлялась известь в количестве 3-10% от массы боксита. К полученной шихте добавлялся оборотный раствор и «сырая» пульпа для предварительного обескремнивания перемешивалась в течение 2ч при температуре 90-95°С, затем выщелачивалась при температуре 220°С в течение 2 ч. После выщелачивания «вареную» пульпу разбавляли и перемешивали в течение 4ч. при температуре 98 - 100°С. В качестве интенсифицирующих добавок использовали два вида извести: известь марки «Ч» и поверхностно-карбонизированную известь (ПКИ).
Для осуществления эксперимента использовался воздушный термостат. Внутри термостата на металлическом валу были расположены держатели автоклавов (8 шт.).
Температура в термостате поддерживалась автоматически и измерялась хромель-алюмелевой термопарой, подведенной в его внутреннее пространство.
Лабораторные автоклавы представляли собой цилиндрические капсулы из нержавеющей стали емкостью 100 см с завинчивающимися крышками.
Рассчитанная навеска (15 г) боксита с добавкой извести засыпалась в автоклавный стакан, далее заливался оборотный раствор. Автоклав закручивался и помещался в воздушный термостат на заданное время.
По окончании эксперимента раствор отбирался и анализировался на содержание А1, №, Бе. Полученный красный шлам промывался горячей дистиллированной водой, твердый остаток обезвоживался в сушильном шкафу при Т=100°С и также шел на анализ.
Результаты и обсуждение
В лабораторных условиях проведены работы по выщелачиванию боксита Тиманского месторождения и обескремниванию полученных алюминатных растворов. В качестве активной добавки использовании поверхностно-карбонизированную известь(ПКИ) в виде порошка, полученного из гранул, имеющих следующий состав, масс.%: 90,54.СаО; 0,36...8Ю2; 1,9. А1203; 0,7. Бе203; 1,5...М§0, 5...С02. ПКИ получена на установке, разработанной Уфимцевым В.М. [1]: по технологии[2]: известняковые отсевы из отвалов измельчали до состояния менее 100 мкм, перемешивали с металлургическим коксом и обжигали при темпера-
туре свыше 1000°С. Для производства извести применяли метод «резкого обжига»(быстрый нагрев и быстрое охлаждение).
Регистрируемыми параметрами оценки эффективности предлагаемого метода считаем степень извлечения и кремневый модуль.
Из данных таблиц 1 и 2 следует, что использование в процессе обескремнивания поверхностно-карбонизированной извести (ПКИ) позволяет удалить кремнезем из раствора более полно, чем в случае использования химреактива. Так при дозировке 8% ПКИ кремневый модуль больше на 100 единиц и равен 580. Максимальное извлечениеиз Тиманского боксита, которое удалось получить при использовании извести марки «Ч» составляет 86% по шламу при дозировке 3% извести, кремневый модуль составил 315 единиц, дальнейшее увеличение привело к снижению извлечения алюминия в раствор вследствие образования гидрогранатов кальция и выведения из раствора в красный шлам алюминия и кальция. В случае с использованием ПКИ в процессе выщелачивания для боксита Тимана максимальная степень извлечения достигала 93%,.
По результатам рентгенофазового и химического анализов, а также анализа ЭДРА-спектров красного шлама, полученного с использованием ПКИ, было выявлено соединение состава Са0БЮ2Н20 (рис. 1, 3). Вероятно, образование этого соединения в процессе выщелачивания наряду с ГАСНом(гидроалюмосиликат натрия) и кальциевымгидрогранатом и объясняет повышение степени извлечения и обескремнивания, т.к. глинозем остается в растворе и, тем самым, увеличивается извлечение алюминия из боксита. В случае с химреакти-вом фаза гидросиликата кальция в красном шламе не регистрируется(рис.3).
Для доказательства образования гидросиликата кальция Са0БЮ2Н20 (рис. 1) в составе красного шлама во время автоклавной переработки боксита с использованием ПКИ, провели направленный синтез гидросиликата кальция в условиях обескремнивания. Полученные осадки исследовали методами РФА и ЭДРА (рис. 1, 2). Из результатов РФА видно, что полученный осадок неоднофазен, кроме гидросиликата кальция регистрируются фазы гидроалюмосиликатов кальция и натрия(рис. 2а). РФА шлама, полученного с использованием каль-цийсодержащего химреактива, показал наличие только двух фаз гидроалюмосиликатов кальция и натрия(рис.2Ь).
Превосходство ПКИ по отношению к известив виде химреактива марки «Ч», обусловлено большей химической активностью СаО в составе гранул по сравнению с химреактивом и объясняется способом его производства.
Таблица 1
Влияние дозировки извести марки «Ч» на обескремнивание алюминатных растворов,
полученных из бокситов Тимана
Продолжительность выдержки вареной пульпы, час Температура, °С Количестводобавляемой извести марки «Ч», % масс Состав раствора после обескремнивания, г/дм3 Извлечение А12О3 по шла-му,%
^Ообщ АЬОз &О2 Рв2Оз Цкр
4 98 3 142 142 0,45 0,009 315 86
4 98 5 143 142 0,62 0,012 229 85
4 98 8 145 144 0,8 0,014 180 83
4 98 10 145 146 0,89 0,014 164 82
Таблица 2
Влияние дозировки ПКИ на обескремнивание алюминатных растворов, полученных из
бокситов Тимана
Продолжительность выдержки вареной пульпы, час Температура, °С Количестводобавляемой ПКИ, % масс Состав раствора после обескремнивания, г/дм3 ИзвлечениеА12О3по шла-му,%
^Ообщ АЬОз &О2 Рв2Оз Цкр
4 98 3 148 148 0,415 0,002 350 92
4 98 5 146 152 0,392 0,0022 372 92
4 98 8 150 148 0,255 0,008 580 91
4 98 10 145 147 0,351 0,009 418 88
При «резком» обжиге, в условиях массовой неравновесной диссоциации карбоната кальция, новая фаза оксида испытывает гораздо меньшее сопротивление решетки карбоната и подвергается более интенсивному превращению. Диссоциация карбоната кальция наступает при резком обжиге настолько быстро, что выделившийся оксид кальция не успевает заметно упорядочить структуру и содержит максимальное количество дефектов. В условиях резкого обжига процессы упорядочения структуры в объеме кристаллов протекают интенсивнее, чем при постепенном нагревании. Резуль
Для дальнейшего прочтения статьи необходимо приобрести полный текст. Статьи высылаются в формате PDF на указанную при оплате почту. Время доставки составляет менее 10 минут. Стоимость одной статьи — 150 рублей.