ЦВЕТНАЯ МЕТАЛЛУРГИЯ
УДК 669.712
ВЛИЯНИЕ ДОБАВКИ ПЫЛИ ЭЛЕКТРОФИЛЬТРОВ ПЕЧЕЙ СПЕКАНИЯ НА СОВМЕСТНОЕ ВЫЩЕЛАЧИВАНИЕ БОКСИТОВ И СПЕКОВ
© Логинова Ирина Викторовна, канд. техн. наук, проф., e-mail: loginova_irina@mail.ru;
Шопперт Андрей Андреевич, канд. техн. наук, e-mail: andreyshop@list.ru; Чайкин Леонид Иванович, e-mail: leonidii91073@gmail.com ФГАОУ ВПО «Уральский федеральный университет имени первого Президента России Б.Н.Ельцина». Россия, г. Екатеринбург
Статья поступила 17.06.2015 г.
>
Приведены результаты исследования совместного выщелачивания бокситов, бокситовых спеков и пыли электрофильтров спекательного передела. Эксперименты проводили в следующих граничных условиях: температура 220-260 °С, время выщелачивания 30-90 мин, концентрация оборотного раствора 315-280 г/дм3 Ыа2Ок. Доказано, что сквозное извлечение глинозема в раствор при совместном выщелачивании боксита, спека и пыли электрофильтров выше, чем при стандартном выщелачивании боксита по процессу Байера. Положительный эффект достигается благодаря образованию при выщелачивании алюможелезистых гидрогранатов. Увеличение температуры выщелачивания позволяет повысить извлечение глинозема при прочих равных условиях.
Ключевые слова: процесс Байера; бокситы Среднего Тимана; спек; бокситовая шихта; пылевозврат; пыль электрофильтров; щелочно-алюминатный раствор; совместное выщелачивание; автоклав; высокотемпературное выщелачивание.
Отсутствие высококачественных бокситов на территории России, а также высокая стоимость энергоносителей вызывают необходимость разработки новых и усовершенствование существующих процессов переработки бокситов на глинозем. Использование комбинированных способов переработки - наиболее перспективное направление для извлечения алюминия из сырья невысокого качества [1-4]. Одним из таких способов является параллельный вариант Байер - спекание. По этой технологии перерабатываются бокситы на заводах ОАО «РУСАЛ-УАЗ» и ОАО «РУ-САЛ-БАЗ». Основное преимущество этого способа состоит в том, что на одном предприятии существует возможность перерабатывать бокситы разного качества. Бокситы с большим содержанием А12О3 и низким БЮ2 (кремневый модуль ц5. > 7) перерабатываются в ветви Байера, бокситы с кремневым модулем ниже 7 (ц5. < 7) - в ветви спекания.
Важным направлением усовершенствования технологии производства глинозема по параллельному варианту Байер - спекание является технология выщелачивания алюминатных спеков.
Изучение процесса выщелачивания бокситовых спеков направлено на изыскание возможности сокращения потерь глинозема и щелочи, которые зависят от степени разложения двухкальциевого силиката и силиката натрия при обработке спека водой или слабощелочным раствором. Установлено, что при существующей на
Ураяьский
федеральный
университет
mini первого Президента ЙЩнк E.H.El4l»*U Инпитут
магермлеидеми И нсталлург НР1
уральских заводах технологии выщелачивания спеков из-за вторичных реакций извлечение глинозема не превышает 86%.
Целью работы является сравнение поведения бокситов Среднего Тимана (СТБР) при выщелачивании на уральских заводах по способу Байер - спекание (параллельный вариант) и в аналогичных условиях выщелачивания бокситов концентрированными щелоч-но-алюминатными растворами, но совместно со спеками бокситовых шихт и пылями электрофильтров. Кроме того, изучали влияние изменения температуры, снижения концентрации реагента по №2Ок и времени выщелачивания на качественные характеристики красных шламов.
Ранее были проведены исследования [5, 6], направленные на изучение процесса выщелачивания спека в экстремальных условиях: температура выщелачивания 225 °С, содержание в алюминатном растворе №2Ок от 30 до 300 г/дм3, каустический модуль (ЫаЛ1О2/Л12О3 (в молях)) раствора 1,6 и 3,2 ед. при экспозиции 30-240 мин. Выщелачивание проводили в стальных автоклавах, которые нагревались в воздушном термостате до заданной температуры. Установлено, что извлечение глинозема из двух- и трехкомпонентных спе-ков при выщелачивании концентрированными щелочно-алюми-натными растворами на 6-8% выше, чем при выщелачивании их слабо концентрированными растворами. Полученные дан-
ные позволили сделать вывод о возможности совместного автоклавного выщелачивания спеков и бокситов в параллельном варианте цикла Байер - спекание. В связи с этим была проведена серия экспериментов по совместному выщелачиванию бокситов СУБР (Северо-Уральский бокситовый рудник) и спеков, перерабатываемых на Уральском и Богословском алюминиевых заводах. На основе полученных данных были проведены опытно-промышленные испытания на БАЗе с положительным экономическим эффектом.
В мировой практике наиболее перспективный подход к оптимизации цикла Байера основан на применении процесса высокотемпературного выщелачивания бокситов [2, 7-10]. Повышение температуры до 260-280 °С вместо принятых на сегодня 230-235 °С обеспечивает:
- резкое снижение теплоэнергетических затрат благодаря возможности максимально сблизить концентрации оборотного и алюминатного растворов и получить после выщелачивания боксита раствор с пониженным каустическим модулем (1,55 и ниже);
- повышение извлечения глинозема из боксита;
- увеличение скорости выщелачивания.
При исследовании отделений спекания уральских заводов обнаружено интересное направление - изучение распределения огромного количества пыли, образующейся при спекании бокситовых шихт.
При попадании бокситовой шихты в виде пульпы во вращающуюся печь спекания с ней происходят различные физико-химические превращения, и в процессе образования спека возникает большое количество пыли (по практическим данным до 50-60% от загружаемой шихты). Загружаемый материал находится в постоянном движении, перемешивается и истирается о футеровку, при этом часть продуктов реакций из различных зон печи увлекается отходящими газами и в виде пыли уносится во внепечное пространство, где улавливается системой газоочистки. Система газоочистки состоит из пылевой камеры,
Таблица 1. Исходный химический состав использованных компонентов (спек и ПЭФ-УАЗ)
Компоненты Содержание, мас. % ППП Ии
А1А ^е203общ 8102 СаО 803 ^О Т102
Боксит СТБР 50,10 28,20 6,01 0,50 0,03 - 2,90 11,18 8,33
Спек 34,80 16,60 3,99 4,76 3,2 33,0 1,79 0,5 -
Пыль электрофильтров 25,50 12,20 2,49 2,49 3,99 28,3 1,29 24,78 -
группы циклонов и электрофильтра. Вывести всю пыль из технологического процесса нельзя, так как это нарушит тепловой баланс печи и сильно затруднит движение шихты в зоне сушки. Пыль электрофильтров является балластом, так как после большого числа циклов (количество циклов прохождения пыли от электрофильтров до коллектора ее возврата в печь самое большое из всех агрегатов системы газоочистки) она приобретает в конечном итоге заряд фильтра и выбрасывается в атмосферу.
Если вывести пыль электрофильтров (ПЭФ) из системы газоочистки и перерабатывать ее в цикле Байера, то решается сразу несколько технико-экономических задач. При исследовании технологического процесса спекания бокситовых шихт было установлено, что ПЭФ является дополнительным источником потерь щелочи. При прохождении через систему газоочистки ПЭФ, как отмечено выше, осуществляет несколько циклов возврата. При этом ПЭФ высыхает и приобретает заряд электрофильтра, что позволяет ей проходить по газоходу дальше - на скруббер мокрой очистки. Благодаря тому, что ПЭФ примерно на 50% состоит из легко растворимых соединений (экспериментальные данные), она начинает выщелачиваться в скруббере во взвешенном состоянии в водяных парах, и, двигаясь вместе с парами снизу вверх, удаляется из системы газоочистки в атмосферу, соответственно теряется и часть щелочи. Высокая кратность возврата ПЭФ означает значительные потери вторичного тепла. В общей массе пылевозврата доля ПЭФ составляет до 15%, при этом мощность печи снижается приблизительно на 180 кВт-ч.
Известно, что для максимального перевода в раствор А12О3 из бокситового сырья необходимо, во-первых, выбрать температуру выщелачивания боксита в щелочном растворе [7-10] в соответствии с химической активностью глиноземсодержа-щего минерала. Во-вторых, важным параметром является скорость вскрытия бокситового сырья, которая зависит от концентрации каустической щелочи (Ыа2Ок) и времени обработки боксита.
Для сравнения экспериментальных данных с технологией выщелачивания, принятой на уральских заводах, лабораторные опыты проводили с бокситом Тимана (СТБР), обожженным известняком, заводским двухкомпонентным спеком, пылью электрофильтров ветвей спекания УАЗа и БАЗа (табл. 1).
Таблица 2. Химический состав компонентов
и параметры процесса
Номер пробы Состав шихты (боксит СТБР + спек + ПЭФ) т , выщ' °С с г/дм3 £ , выщ' мин
1 СТБР + 2%СаО (свидетель)
2 СТБР + 5%спек + 2%СаО 220 315 90
3 СТБР + 10%спек + 2%СаО
4 СТБР + 20%спек + 2%СаО
5 СТБР + 2%СаО (свидетель)
6 СТБР + 5%спек + 2%СаО 240 280 90
7 СТБР + 10%спек + 2%СаО
8 СТБР + 20%спек + 2%СаО
9 СТБР + 2%СаО (свидетель)
10 СТБР + 5%спек + 2%СаО 260 250 60
11 СТБР + 10%спек + 2%СаО
12 СТБР + 20%спек + 2%СаО
13 СТБР + 2%СаО (свидетель)
14 СТБР + 5% ПЭФ + 2%СаО 240 280 90
15 СТБР + 10% ПЭФ + 2%СаО
16 СТБР + 20% ПЭФ + 2%СаО
В опытах использовали заводской оборотный раствор (Ыа2Ок = 315,1 г/дм3; А12О3 = 142,1 г/дм3; каустический модуль раствора ак = 3,65), помещаемый в стальные лабораторные автоклавы, нагреваемые в воздушном термостате. Отношение Ж:Т пульпы изменялось в зависимости от количества твердого - от 3,0 до 2,5. Температуру варьировали в диапазоне от 220 до 260 °С, содержание СаО - 2% от массы боксита, с изменением времени выщелачивания от 30 до 90 мин. Параметры экспериментов представлены в табл. 2.
Данные химического анализа (табл. 3) согласуются с данными ранее проведенных экспериментов и полученными в работах [5, 6], в которых сквозное извлечение в раствор глинозема составило: для шихты боксит СТБР+двухкомпонентный спек, в среднем при температуре 232°С - 87,53%, для шихты боксит СТБР+трехкомпонентный спек, в среднем при температуре 232°С - 88,51%.
Повышение температуры выщелачи
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.