Производство алюминия. Бокситы, глинозем
УДК 669.712
ВЛИЯНИЕ СОЛЕЙ МАГНИЯ НА ПОЛУЧЕНИЕ ТКГА И ВОЗМОЖНОСТЬ ИСПОЛЬЗОВАНИЯ ПОЛУЧЕННЫХ СОЕДИНЕНИЙ ПРИ ВЫЩЕЛАЧИВАНИИ БОКСИТОВ1
© Кузнецова Наталия Валентиновна, Кувыркина Алена Михайловна, Сусс Александр Геннадиевич, Дамаскин Александр Александрович, Цветкова Маргарита Васильевна, Попкова Лидия Анатольевна, Шмигидин Юрий Исаевич, Панов Андрей Владимирович
ОАО «РУСАЛ ВАМИ», 196100, Россия, Санкт-Петербург, В.О., Средний пр-т, д. 86. www.rusal.ru Статья поступила 29.10.2008 г.
Известно, что при обработке различных бокситов по способу Байера добавка извести и других кальцийсодержащих добавок способствует улучшению показателей таких переделов, как выщелачивание, сгущение, обескремнивание, фильтрация и др. Известь необходима также для получения трехкальциевого гидроалюмината (ТКГА), который используется в качестве фильтрующего слоя на фильтрах для контрольной фильтрации алюминатного раствора. Известь, приготовленная из известняков разных месторождений, значительно различается по химическому составу. Для определения возможности использования магнийсодержащих известняков в глиноземном производстве были проведены исследования по влиянию солей магния на процессы выщелачивания бокситов, получения ТКГА, на изменение структуры и фильтрующих свойств ТКГА в процессе фильтрации, поведение отработанного ТКГА при выщелачивании.
Ключевые слова: На2Отитр — общая титруемая щелочь растворов глиноземного производства; Ыа2Оу — углекислая щелочь растворов глиноземного производства; №2Ок — каустическая щелочь растворов глиноземного производства; ак — каустический модуль растворов глиноземного производства; ця — кремневый модуль боксита; С3ЛИ6 — трехкальциевый гидроалюмосиликат (ТКГА).
Ранее проведенные исследования показали [1], что
при содержании в извести солей магния более 3% в щелочно-алюминатных растворах может образовываться ряд соединений, в частности: МдЛ12О4, Мд(ОИ)2, МвСОз, Мв6Л12СОз(ОИ)16-4И2О, Мв2Л14(К28112)О10(ОИ)8, КаСа2Мд5517Л1О22, Мд2Л14Б19О13, (Са,Мд) титанаты, МдТ1О3 и др.
Образование магний-алюминиевых силикатов в процессе выщелачивания бокситов уменьшает потери Ыа2О, но вдвое по отношению к 51О2 увеличивает потери глинозема [1]. Для определения возможности практического применения магнийсодержащих известняков в процессе Байера в данной работе было исследовано влияние магния на получение трехкальцие-вого гидроалюмината и на последующее использование ТКГА в производстве глинозема. В качестве исходных веществ использовали известняки и материалы с содержанием МдО от 0,75 до 44,0%. Все соединения подвергали трехстадийной обработке: 1) обжигу при температурах 1150 и 1200 °С; 2) гашению водой; 3) обработке щелочно-алюминатным раствором.
Полученные продукты сравнивали по химическому, фазовому и гранулометрическому составам. Была выявлена принципиальная возможность использования магнийсодержащего известняка для получения фильтрующего слоя, также были определены наиболее
Таблица 1. Химический состав сырья
оптимальные условия получения ТКГА такие, как температура обжига, дозировка конденсата.
Для изучения влияния солей магния на процесс выщелачивания боксита Среднего Тимана использовали различные добавки: обожженные известняки, доломит, реактив 3МдСО3-Мд(ОН)2-3И2О и ТКГА, полученный из указанных выше известняков. Для определения продуктов химических реакций, образующихся при взаимодействии ТКГА с щелочно-алюминатными растворами, и для устранения влияния минерального состава боксита на этот процесс проводилась обработка ТКГА синтетическим раствором при температуре выщелачивания боксита.
Изучено влияние содержания магния в известняке на гранулометрический состав ТКГА и удельное сопротивление фильтрующего слоя на специально сконструированной установке.
Влияние магния на получение трехкальциевого гидроалюмината. Исследования проводились с использованием магнийсодержащего известняка и известняка с незначительным содержанием МдО, природного доломита, а также реактива магния углекислого основного. Химический состав сырья представлен в табл. 1.
Обжиг сырья и последующее гашение полученных веществ. В проведенных ранее работах по получению ТКГА (3СаО-Л12О3-6Н2О) было изучено влияние тем-
Наименование сырья ППП SЮ2 А12°3 ^2°3 CaO MgO
Чистый известняк 43,5 0,76 0,3 0,04 54,3 0,77
Магниевый известняк 43,7 0,3 0,25 0,39 52,5 2,9
Реактив 55,8 3,4 0,76 0,68 0,2 44,0
1 Авторы выражают благодарность за прекрасно выполненный кристаллооптический анализ Цветковой Маргарите Васильевне 5
и Попковой Лидии Анатольевне. 5
Таблица 2. Результаты рентгенофазового анализа полученных гашеных материалов
Содержание фазы в осадке, мас. %
Исходное вещество Ж : Т Ca(OH)2 (0,263 нм) MgO (0,210 нм) Mg(OH)2 (0,236 нм) MgCO3 (0,274 нм) Mg6Al2(0H)18-C03-4H20 (0,777 нм) а-кварц (0,334 нм)
Температура обжига 1150 °С
Чистый известняк 0,42 96,5 - - - -
Доломит 0,40 56,8 26,8 - - 6,9 5,2
Реактив 0,41 - 16,4 79,4 3,8 - -
Температура обжига 1200 °С
Чистый известняк 0,38 92,5 - - - -
Доломит 0,38 56,8 24,6 - - 6,9 5,1
Реактив 0,46 - 15,9 78,9 4,8 - -
пературы обжига чистого известняка на качество конечного продукта. Температура ниже 1150 °С приводила к недопалу материала, а выше 1200 °С — к пережогу. Поэтому для изучения влияния температуры обжига на химический и фазовый составы ТКГА, полученного из магнийсодержащих соединений, все виды исходного сырья подвергались обжигу при температурах 1200 и 1150°С.
Химический состав соединений, полученных после обжига при 1150 °С, идентичен составу соединений, полученных при 1200 °С, и составляет по основным компонентам: для чистого известняка — СаО 96,3%, МдО 0,4%; для магниевого известняка — СаО 91,5%, МдО 6,0%; для доломита — СаО 58%, МдО 36%; для реактива — СаО 0,4%; МдО 99,5%.
Ранее было выявлено, что при использовании вместо известкового молока гашеной извести для приготовления ТКГА получаются более крупные монокристаллы фильтрующего слоя. Поэтому обожженные продукты гасили дистиллированной водой при 60 °С по определенной технологии до получения рыхлой пушистой массы. Результаты гашения представлены в табл. 2.
При обработке конденсатом образцов, обожженных при 1150 °С, его дозировка соответствовала сте-хиометрическому соотношению реакции перевода оксидов металлов в гидроксиды. С повышением температуры до 1200 °С стехиометрическая дозировка конденсата приводила к тестообразному состоянию пробы.
Проанализировав полученные экспериментальные данные, можно сделать выводы:
- при увеличении температуры обжига с 1150 до 1200 °С уменьшается реакционная способность обожженных проб вследствие образования менее активного СаО;
- процесс гашения извести, изготовленной из природных известняков, прошел нацело, в полученных образцах гашеной извести не обнаружен СаО. В результате протекания процесса гашения он весь перешел в связанную форму — Са(ОН)2. Оксид магния, содержащийся в магниевом известняке, в реакцию с водой не вступает. Это подтверждается экспериментальными данными, представленными в табл. 2;
- процесс гашения доломита по СаО прошел нацело с образованием Са(ОН)2. Содержащийся в образцах
MgO практически не вступает в реакцию с водой;
- MgO, содержащийся в реактиве в большом количестве, частично прореагировал с водой с образованием Mg(OH)2.
Синтез трехкальциевого гидроалюмината. Свежеприготовленный гашеный материал обрабатывали при 95 °С в течение 2 ч промышленным оборотным щелочно-алюминатным раствором состава, г/дм3: Na O 232,35; Na,O 28,9; Na,O 203,5; ALO, 123,9;
2 титр 77 2 у 7 7 2 к 7 7 23 77
SiO2 1,08 (ак = 2,7).
Полученные в ходе лабораторных опытов образцы трехкальциевого гидроалюмината изучали рентгено-фазовым и рентгеноспектральным методами, результаты которых представлены в табл. 3.
На основе экспериментальных данных можно сделать выводы:
- оксид магния, содержащийся в пробах магниевого известняка, доломита и реактива, вступает в реакцию с алюминатным раствором с образованием ги-дрокарбоалюмината магния (Mg6Al2(OH)18CO3-4H2O) (по своей структуре аналогичен гидроталькиту);
- трехкальциевый гидроалюминат, полученный из магнийсодержащего известняка, обожженного при 1150 °С, имеет лучшую окристаллизованность (интенсивность пиков 260 имп/с), чем ТКГА, полученный из известняка, практически не содержащего MgO, обожженного при той же температуре (интенсивность пиков 225 имп/с); повышение температуры обжига исходного сырья до 1200 °С приводит к снижению качества ТКГА для всех типов известняков и характеризуется меньшей окристаллизованностью.
При изучении влияния гранулометрического состава и структуры ТКГА на показатели фильтрования, трехкальциевый гидроалюминат был синтезирован при температурах от 60 до 95°С. Из кристаллоопти-ческого анализа известно [2], что температура синтеза существенно влияет на крупность и окристаллизован-ность частиц ТКГА. Так, при 95 °С были получены кристаллы с более совершенной поверхностью, лучшей кристаллизацией, имеющие более прочную структуру, что положительно сказывается на процессе фильтрации (рис. 1).
Наличие оксида магния в ТКГА способствует укрупнению монокристаллов, улучшает их окристал-
Таблица 3. Результаты рентгенофазового анализа образцов фильтрующего вещества, полученного при 95 °С
Интенсивность пиков на рентгенограмме, имп/с
Исходное сырье MgO (0,210 нм) Mg(0H)2 (0,234 нм) C3AH6 (0,513 нм) Mg6Al2(0H)18 С034Н20 (0,7377 н2м) Ca(0H)2 (0,263 нм) CaC03 (0,3035 нм) MgC03 (0,274 нм) 4Ca0-Al203-0,5C02-•10,6H20 (0,760 нм)
Температура обжига 1150 °С
Чистый известняк - - 22S - S0 следы - -
Магниевый известняк 1S - 260 10 30 следы - -
Доломит 210 - 140 70 10 - следы -
Реактив 23S 9S - 41S - - - -
Температура обжига 1200 °С
Чистый известняк - - 17S - 30 S - s
Магниевый известняк 1S - 200 S 60 S - -
Доломит 160 - 14S SS следы - следы -
Реактив 400 - - 37S - - - -
Примечание. С^Н6 — 3СaО■Al2O3■6H2O — трехкальциевый гидроалюминат.
лизованность, тем самым оказывает положительное влияние на процесс фильтрации.
В процессе исследований выявлено та
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.