автореферат диссертации по металлургии, 05.16.03, диссертация на тему:Физико-химические основы и технология комплексной переработки низкокачественного глиноземсодержащего сырья Казахстана

На правах рукописи

УДК 669.712.2.

; од

2 7 ОКТ

АБЖАППАРОВ Абдумуталип

ФИЗИКО-ХИМИЧЕСКИЕ ОСНОВЫ И ТЕХНОЛОГИЯ

КОМПЛЕКСНОЙ ПЕРЕРАБОТКИ НИЗКОКАЧЕСТВЕННОГО ГЛИН03ЕМС0ДЕРЖАЩЕГ0 СЫРЬЯ КАЗАХСТАНА

05.16.03 — Металлургия цветных и редких металлов

АВТОРЕФЕРАТ диссертации на соискание ученой степени доктора технических наук

Алматы, 1998 г.

Работа выполнена в Казахском национальном техническом университете.

Научные консультанты:

Академик АН РК, доктор технических наук, профессор

Ни Л. П.

Доктор технических наук, профессор

Романов Л. Г.

Официальные оппоненты:

Член-корреспондент АН РК, доктор технических наук, профессор

Пономарева Е. И.

Доктор технических наук, профессор

Сизяков В. М.

Доктор химических наук, профессор

Оспанов X. К.

Ведущая организация: Карагандинский химико-металлургический институт.

Защита состоится 16 октября 1998 г. в 14 часов на заседании диссертационного совета Д.53.17.01 при Институте металлургии и обогащения НЦ КПМС РК по адресу: 480100, г. Ал маты, ул. Шевченко, 29/33. С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Института металлургии и обогащения НЦ КПМС РК.

Автореферат разослан «' ' » С^ > 1998 года.

Ученый секретарь диссертационного совета, кандидат технических наук

Сулейменов Э. Н.

[)ошан характеристика работы

Актуальность темы: Высокие темпы роста производства глинозема гребуют ускорения научно-технического прогресса и повышения эффективности исследований.

На Павлодарском алюминиевом заводе (ПАЗ) освоена впервые в мировой практике технология переработки низкокачественных бокситов Казахстана па глинозем по последовательной схеме Байер-спекание. Подобные бокситы в мировой практике квалифицируются как бокситолодобные глины. Теоретические основы технологии производства глинозема на ПАЗе разработаны под руководством В.Д.Пономарева, Л.П.Ни, Н.С.Шморгуненко, Н.С.Мальца, В.А.Мазеля и творческого коллектива ВАМИ. Применяемые в промышленности аппаратурно-технологические схемы производства глинозема на ПАЗе основаны на физико-химических исследованиях технологических процессов и изучении закономерностей работы применяемого оборудования, выполненных И.В. Прокоповым, Л.Г.Романовым, Н.П.Ереминым, С.И.Кузнецовым, В.М.Сизяковым, Х.Н.Нурмагамбетовым, а также коллективом инженерно-технических работников ПАЗа.

Производство глинозема на ПАЗе .характеризуется-..повышенными капитальными затратами и расходом энергии, технико-экономические показатели в значительной мере зависят от степени извлечения оксида алюминия из сырья, производительности оборудования, расхода топлива и определяются как технологией процесса спекания, так и процесса Байера. Казахстанские бокситы характеризуются нестабильным литологическим и фазовым составом, повышенным содержанием железистых минералов, карбонатов и органических примесей. В Казахстане имеются также другие виды глиноземсодержащего сырья, такие, как нефелиновые сиениты, глины, каолины и золы от сжигания углей, которые являются потенциальными сырьевыми источниками для производства глинозема.

Поэтому актуальными являются вопросы дальнейшего совершенствования технологии производства глинозема на ПАЗе как путем интенсификации существующих способов, так и путем привлечения в сферу производства новых видов сырья. В представленной работе основное внимание уделено изучению физико-химических основ переработки красного шлама с другими глиноземсодержашими сырьевыми источниками (нефелиновыми сиенитами, глинами, золами), разработке способов переработки зол от сжигания углей, переработке низкокачественных бокситов с повышенным содержанием оргашпеских примесей.

Исследования выполнялись в соответствии с Республиканской целевой научно-технической программой «Углеотхолы», с планами научно-исследовательских работ отраслевой научно-исследовательской глиноземной

лаборатория и кафедры физико-химических исследовании металлургических процессов КазНТУ

Цель работы: Теоретическое обоснование и разработка способов комплексной переработки низкокачественного глиноземсодержащего сырья Казахстана.

Научная новизна:

Построены диаграммы плавкости системы Na20 • А1203 - Na,0 Fe203 -2СаО Si02 - CaO • Fe203 - 2CaO Fe203 - Na20 CaO • Si03 позволяющие определить температуру спекания любого глиноземсодержащего сырья и ожидаемое извлечение глинозема, при заданном извлечении глинозема подобрать оптимальный состав шихты, режим и технологические параметры спекания.

Установлены механизм взаимодействия в смесях гидроалюмосиликат натрия-каолинит-сода-углекисльш кальций, гидроалюмосиликат натрия нефелин - сода - известняк, гидроалюмосиликат натрия -каолинит -сода углекислый кальций в восстановительных условиях, схема химически реакции для указанных смесей, описывающие взаимодействия в них npi различных температурах.

Установлена термодинамическая вероятность протекания химических реакций в восстановительных условиях между сульфатом натрия и кремнеземом, а также между сульфатом натрия и муллитом.

Определены кинетические зависимости основных стадий технологических процессов, происходящих при спекании искусственных и технологических шихт.

Научно обоснованы оптимальные технологические параметры процесса спекания для ряда искусственных и технологических шихт.

Энерго-дисперсным анализом спеков и шламов показано, что процесс минералообразования идет с появлением жидкой фазы, минералы алюмината натрия и двухкальциевого силиката не образуются в свободном виде, чаще всего они пропитаны друг в друге и покрыты тонкими, слегка оплавленными оболочками. При этом подбор оптимального технологического режима спекания играет важную роль для минералообразования.

Практическая ценность: На основании теоретических исследовании разработаны и предложены способы переработки красного шлама с добавкой алюмосиликатов, сульфат-натриевый способ переработки золы Экибастузского угля, способ очистки алюминатных растворов от органических примесей.

Определены технологические режимы спекания различных шихт, обеспечивающие наиболее полное извлечение ценных компонентов.

Разработан способ совместной переработки красного шлама с шомосиликатами.

Проведены полупромышленные испытания по совместной переработке байеровского красного шлама ПАЗа с глиной АР-3 на Пенннградском опытном заводе ВАМИ. Полупромышленные испытания зыполнялись в соответствии с координационным планом МЦМ бывшего СССР. Разработанная технология подготовлена к промышленному, внедрению.

В результате лабораторных исследовании и полупромышленных испытаний следующие технические решения и технологические приемы были внедрены на Павлодарском алюминиевом заводе:

-режимные условия дробления и измельчения краснооктябрьских бокситов;

-оптимальные параметры восстановительно-окислительного спекания многокомпонентных шихт;

-технологический режим для снижения вторичных потерь на переделе гидрохимической переработки спека;

-добавление в шихту спекания низкосортных бокситов для компенсации . потерь щелочи, которые обеспечили улучшение технологических показателей производства глинозема.

Экономический эффект от внедрения вышеуказанных разработок на Павлодарском алюминиевом заводе АО «Алюминий Казахстана» составил 2.6 млн. тенге,

Вовлечение в сферу производства глинозема низкокачественных глииоземсодержащих сырьевых источников можно квалифицировать как решение крупной научно - практической проблемы.

Новизна технических решений, изложенных в диссертационной работе подтверждена тремя авторскими свидетельствами и одним патентом Республики Казахстан.

Личный вклад автора в решение проблемы. Работа является результатом многолетних исследований автора, проведенных в КазНТУ и Техническом Университете Клаусгаль Федеративной Республики Германии. Постановка проблемы, формулирование задач и поиск путей их решения, экспериментальные исследования, научные и практические рекомендации, их обобщение, а также итоговые выводы осуществлены автором лично.

Автор выносит на защиту:

-результаты исследований плавкости систем системы Иа20 ■ ДЦ), -Ка20 Ре20:) - 2СаО • 5Ю3 - СаО Ре203 - 2СаО Ре,03 - N^0 СаО 810, ;

-результаты исследований механизма взаимодействия в искуственных смесях гидроалюмосиликаг натрия-каолиниг-сода-углекислый кальции,

гидроалюмосиликат натрия -нефелин- сода-известняк, гидроалюмосиликат натрия -каолинит -сода -углекислый кальции в восстановительных условиях;

-способ получения глинозема путем совместной переработки краскогс шлама и золы экибастузских углей спеканием;

-результаты термодинамических исследовании в системе зола - Na.SC) - С(СО);

-способ переработки минеральной части углей с получением силиката натрия и глиноземистого концентрата;

-способ переработки минеральной части ушей с получением нефелинового концентрата, силиката натрия, серной кислоты и др. продуктов;

-результаты кинетических и технологических исследований 3- и 4-компоцентной глино-шламовой шихты;

-результаты кинетических исследований смеси ГАСН-каолинит-сода-известняк при спекапии;

-результаты кинетических и технологических исследований восстановительно-окислительного спекания шламовой и глино-шламовой шихты;

-технологическая возможность совместной переработки красного шлама с нефелиновыми сиенитами;

-технологическая возможность спекания красного шлама с углистой внутренной вскрышной породой;

-результаты полупромышленных испытаний на ЛОЗ ВАМИ по спеканию шдамо-глинистой шихты и выщелачиванию полученного спека.

Апробация работы: Основные положения и отдельные результаты доложены и обсуждены на Республиканской научно-практической конференции молодых ученых и специалистов (г. Усть-_Каменогорск, 1977г); на научно-технической конференции КазПТИ им. В.И.Ленина (г. Алма-Ата, 1987г), на 11 Республиканской конференции по щелочной металлургии цветных металлов (г. Алма-Ата, 1981г.), Республиканской конференции «Научно-технические проблемы комплексного использования полезных ископаемых» ( Джезказган, 1982г.), на 5-ом интернациональном конгрессе «JCSOBA» ( Югославия,1983г), на 111 Республиканской конференции «Комплексная переработка минерального сырья методами щелочной металлургии» (г.Алма-Ата, 1987), на Международной научно-технической конференции «Проблемы и перспективы развития науки и техники в области механики, биофизики, нефти, газа, энергетики и химии Казахстана» (г.Актау 1996г.), на международной конференции «Экология и устойчивое развитие» (г. Петропавловск, 1998г), на международной научной конференции «Наука и образование - ведущий фактор стратегии «Казахстан-2030» (г.Караганда, 1998г.) 4

Публикации. По теме диссертации опубликовано 30 работ, включая >дну монографию(11,1 п.л.) и 4 авторских свидетельств, патентов и гредпатентов РК на изобретения.

Структура и объем работы. Диссертация состоит из введения, девяти -лав, выводов, списка литературы и приложений, изложена на 309 страницах машинописного теста, содержит 91 рисунок, 81 таблицу, библиография включает 251 наименование.

Современное состояние и перспективы развития комплексной переработки низкокачественного сырья Казахстана

Анализ современного состояния теории и практики переработки низкокачественного глиноземсодержащего сырья в дальнем и ближнем зарубежье с учетом их особенностей позволил сделать ряд выводов и определить пути дальнейшего совершенствования теории и технологии глиноземного производства.

Показана, что во всем мире проводятся глубокие исследования по использованию низкокачественного глиноземсодержащего . сырья (красных шламов, глин, нефелинов, зол и др.). Однако эти работы не вышли за рамки лабораторных исследований и полупромышленных испытаний.

При сравнении различных схем переработки красных шламов и низкокачественных глиноземсодержащих материалов установлено, что наиболее эффективными технологиями являются:

-совместная переработка красного шлама с алюмосиликатами сырьем;

-переработка зол сульфат-натриевым способом, позволяющим получать глиноземистый концентрат, силикат натрия, серную кислоту и др. продукты;

-переработка низкокачественных бокситов с повышенным содержанием органических примесей с частичным выводом органических веществ и карбонатов на различных продуктах.

Таким образом, отсутствие технологии переработки низкокачественного глиноземсодержащего сырья ставит задачу разработки специальных технологических приемов процессов спекания и выщелачивания спека на основе глубоких исследований физико-химических свойств спеков и шламов после выщелачивания и извлечения из них глинозема и др. ценных компонентов.

Основными породообразующими минералами боксито: Красноокгябрьскош месторождения являются гиббсит (53,8% , с1/п= 4.82. 4.34.3.52; 3.18; 3.08 }), каолинит(17,3% , сУп=7.16 с примесь* шамозита (8,3%, (1/п=7.04 Гиббсит концентрируется в каменистых, ; каолинит в глинистых и рыхлых лигологических разновидностях боксита Железосодержащие минералы представлены сидеритом (8,2%, <Й1=2.79; 2.34 ^ ) который сконцентрирован в каменистых разновидностях боксита, а такж< гематитом (/3,4%, <1/п=2.69.2.51 с небольшим количеством гетнт; (2,3%,¿/п=2.45 °А). Присутствует а -кварц (12%, с!/п=3.34 °А), кальци (1,3%, с1/п=2.29 }), анатаз (1,5%, ё/п=3.18

Основной фазой нефелинового сиенита участка Таскуду! является натролит (Ыар ■ А1Д- ЗБЮ2 2Е,0) с (с1/п = 6,59; 5,85; 4,64; 4,68 А )

входящий в группу цеолитов. Кроме того, обнаружены небольшие

о

количества альбита (с1/п = 4,11 и 3,25 А ) и слабые отражения, которьк

о

можно отнести к цеолиту: ((Уп = 7,07; 3,69; 2,86 А ).

Основная часть глины АР-3 представлена каолинитом, присутствующих в виде сноповидной пластинчатой неправильной формы кристаллов, размерами до 15-20 мкм. Интерферирует в низких тонах. Двуосный, оптически отрицательный N£=1,564; Мр=1,558;^-Кр = 0,006. Кроме того, в небольших количествах отмечаются минералы железа Ыср = 1,557; N0= 1,554; N6= 1,533; 1Мо-Ые= 0,11 и анатаз в виде призматических кристаллов N0= 2,558; №=2,488.

Изучение фазово-минералогического состава исходной золы с помощью энергодисперсной системы в комплексе с растроэлектронным микроскопом позволило определить, что кристаллы кварца имеют продолговатую неправильную форму (т.1, рис.1), алюмосиликатные минералы, имеющие по стехиометрическому расчетному составу каолиновую основу, представлены неправильной овальной формы частицами (т.2 и 3, рис.1).

Судя по элементарному составу, стекломасса имеет алюмосиликатную

основу с преобладающим содержанием кремнезема до 65-70% (т.4 и т.5, рис.1).

Таким образом, комплекс физико-химических исследований позволил представить фазово-минералогический состав золы следующим образом. Исследуемая зола представлена стеклофазой шарообразной формы на алюмосиликашой основе и тонковкрапленными минералами муллита, кварца, магнетита, кристобаллита и имеет следующий химический состав (в %): 0,14 Na20, 0,35 MgO, 30,9 А1203, 60,7 Si02, 0,34 Р205, 0,56 КД 4,8 FeO, 0,48 СаО, 1,31 ТЮ2

Энергодисперсный анализ золы : т. 1. % AI-2,3; Si-97,3; К-0,04 т. 2. % AI-48,8; Si-50,0; К-1,2 т. 3. % AI-25,0; Si-48,9; К-1,0 т. 4. % АТ-26,5; Si-46,5; Са-1б,59; Fe-1,72; Ti-8,3 т. 5. % AI-31,3; Si-64,8; К-1,6; Са-1,Ц Fe-0,9; Т1-1Д

сдает?

' TT i iifV/^sOHr 4 lJt4 j-j

1 , > V . . TW t i -"-и. "

.1 V V ь ' SS< Щ ,.,'i

л ' * f Г '

> . -v A ttiii ■

* ч ji -4 Зло ^

f '. V '" 1> faw* & Ж :J> „

ИССЛЕДОВАНИЕ НЕКОТОРЫХ РАЗРЕЗОВ СИСТЕМЫ Na20 ■ A1203(NA) - Na20 . Fe203 (NF) - 2CaO ■ Si02 (C2S) - 2CaO • Fe203 (C2F) - CaO Fe203 (CF) - Na20 CaO Si02(NCS) Ранее были определены изотермы плавкости для ограниченного маложелезистого участка системы Na20 А1203- Na20 Fe203 - 2СаО Si02. В настоящее время спеканию подвергаются часто высокожелезистые шихты, например, шламовые, поэтому нами были изучены изотермы плавкости в многокомпонентной системе Na20 ■ А1203 -Na20 Fe203-2Ca0 • Si02 применительно к шламовой шихте.

По экспериментальным данным построена диаграмма плавкости системы NA-NF-CjS (рис. 2), показывающая, что температура плавления смесей, по составу соответствующих шламовым спекам с добавкой алюмосиликатов, довольно высокая (1250-1300°С), в то время как процесс спекания может быть осуществлен при сравнительно низкой температуре (1110-1150°С). Следовательно, для таких спеков характерна большая температурная площадка спекообразования, что было подтверждено полупромышленными испытаниями.

Диаграммы плавкости системы Na20 А12Ог Na20 Fe203 - 2СаО ■ Si02 Сплошные линии - экспериментальные; Пунктирные линии - взяты из

литературы.

¿CaO-StOf

Диаграмма показывает, что с увел1гчением содержания NF и C,S в шихте шижается температура плавления спеков. По диаграмме плавкости системы >iA-NF-C2S можно определить верхний предел температуры спекания для шбого глиноземсодержащего сырья. Эта температура имеет существенное шачение для практического осуществления процесса спекания, так как она определяет величину температурной площадки спекообразования.

В настоящее время спеканию подвергаются высокожелезистые шламовые шихты в присутствии восстановителя, когда кроме алюмината натрия и двухкальциевого силиката образуется натриево-кальциевый силикат. Для определения влияния последнего на плавкость спека нами были изучены изотермы плавкости системы Na,0. А1,03 - Na20. СаО . Si02-2Ca0 .SiO, /NA - KCS - C2S /.

По экспериментальным данным построена диаграмма плавкости системы Na20. А1203 - Na20 . СаО • Si02 - 2СаО . Si02 /рис.З/.

Диаграммы плавкости системы Na20. А1203 - Na20 . СаО . SiO, - 2СаО . Si02

¿СаОЩ

Из диафаммы видно, что с увеличением содержания кремнезема снижаете} темперагура плавления спеков. По диаграмме плавкости системы Ш20. А^О. - Нар . СаО . БЮ^ - 2СаО . 8Ю2 можно определить верхний предел температурь восстановшельного спекания любого глиноземсодержащего сырья.

Как известно, каустификация соды происходит за счет образования натриево-кальциевого силиката, который при окислении спека взаимодействует с оксидом железа с образованием феррита натрия. Последний оказывает существенное влияние на плавкость спеков.

Для изучения влияния феррита натрия на плавкость данной системы нами были исследованы различные составы тройной смеси Ыа20 А1203 --Нар - СаО БЮ. - 2СаО • Дозировка феррита натрия составляла 5, 10, 15% от веса тройной смеси.

Результаты экспериментов показывают, что с увеличением содержания феррита натрия снижается температура плавления спеков, что отрицательно влияет на ход технологического процесса, способствуя оплавлению шихты. Полученные результаты согласуются с нашими, ранее проведенными исследованиями применительно к бокситовое сырью и к красному шламу, где указывается, что с увеличением содержания оксида железа и кремнезема снижается температура плавления спеков.

В шламовых спеках содержатся 2СаО • Ре203 и СаО 1 Ре203 , которые в свою очередь, оказывают существенное влияние на плавкость спеков. Для изучения их влияния на плавкость шихты были исследованы различные составы на тройной смеси ИА-ОТ-С^. Дозировка СР и С2Р составляла 4,10, 15,20% от веса тройной смеси.

Результаты экспериментов показали, что с увеличением содержания как СР, так и С,Р в шихте , снижается температура плавления спеков. Отсюда следует, что увеличение содержания СР и С^ в шихте отрицательно влияет на ход технологического процесса, способствуя оплавлению шихты.

Полученные результаты хорошо согласуются с данными, полученными в результате изучения основных свойств синтетических спеков в системе КА-ЫР-С28 применительно к бокситовому сырью, где указывается, что увеличение 10

содержания ферритов кальция оказывает отрицательное влияние на оптимальную температуру спекания.

В связи с непостоянством состава глиноземсодержащего сырья, поступающего на переработку, необходимо учитывать колебания извлечения глинозема при изменении фазового состава спека, поэтому было щучено влияние фазового состава спека на извлечение глинозема в системе ХЛ-МР-СД

Исследования проводились с синтетическими стеками, составляемыми из смеси №20 • А1203, Ка,0 • Ре203 и 2СаО ■■ БЮ,.

Результаты экспериментов показали, что извлечение глинозема из спеков падает с увеличением содержания С28 , в то время как щелочь при гидрохимической обработке спеков полностью переходит в раствор.

Дилатометрические исследования показали, что добавление глины повышает температуру плавления шихты, что очень важно для практики спекания, при этом расширяется температурная площадка спегообразования. Температура плавления шихты с добавкой 50 % глины равна 1250° С, а температура плавления шихты из чистого красного шлама равна 1170° С , вто время как температура протекания химической реакции для обеих шихт равна 1100-1150° С.

Добавка в шламовую шихту глины в количестве 40-50% от веса смеси вызывает расширение температурной площадки спекообразования, что объясняется образованием алюмината натрия в большом количестве.

ФИЗИКО-ХИМИЯ ПЕРЕРАБОТКИ НИЗКОКАЧЕСТВЕННОГО ГЛИНОЗЕМСОДЕРЖАЩЕГО СЫРЬЯ КАЗАХСТАНА

Добавление алюмосиликатов в шихту спекания красного шлама улучшает технологические качества спека.Так как основу красного шлама составляет гидроалюмосиликат натрия, глины - каолинит, а нефелинового сиенита -нефелин, то исследование взаимодействий в смеси гидроалюмосиликата натрия, каолинита, нефелина с дозируемой содой и известняком, рассчитанной на образование алюмината натрия и двухкальциевого силиката, представляет теоретический и практический интерес.

Для исследований были использованы гидроалюмосиликат натрия, синтезированный по известной методике ,природный минерал каолинит, а также известняк и сода марки "хч". Синтетический гидроалюмосиликат натрия имел следующий хшаиеский состав (в %): 12,85 ппп; 33,3 Si02 ;32 А1/Х; ^.^Ка^Ои отвечал химической формуле Na20 ■ А1203 1,77 Si02 • 2,28 Н,0

Природньш минерал каолинит шел химический состав (в %): 39,8 А1Д; 46,3 Si02; 14 HjO.

Для установления превращений, протекающих в указанной смеси при спекании, и для определения фазового состава продуктов была принята шихта, состоящая из гидроалюмосиликата натрия и каолинита в соотношении 1:1. В шихту вводили рассчитанное количество известняка и соды марки "хч" на образование двухкальциевого силиката и алюмината натрия.

Спекание проводили в интервале температур 500-1300° С через каждые 100° С. Выдержка при заданной температуре составляла 2 часа. Исходная шихта и продукты спекания исследовались кристаллооптическим, рентгеноструктурным, ИК-спектральным и химическими методами анализа.

Наряду с описанными физико-химическими анализами изучали минералогический состав спека с помощью энергодисперсного рентгеновского анализа.

Исследования были проведены энергодисперсной системой "ЕЕД8 // QU AN" фирмы "EGG ORTEC", которая была присоединена к растраэлектронному микроскопу ISM U.S. фирмы "Ieol".

Одним из преимуществ энергодисперсной системы является возможность одновременного получения общего спектра соответствующей пробы. Скорость анализа очень высока. За несколько секунд появляется полный спектр на экране и представляется первая информация. Спектры отдельных элементов различаются по цвету.

Исходная проба состоит из СаСО}, представленного бесцветными кристаллами неправильной формы, размерами до 40 мкм, одноосных, оптически отрицательных, интерферирующих в очень высоких тонах до перламутровых (No=l,654; Ne= 1,494; No-N,=0,160); гидроалюмосиликага 12

натрия, присутствующего в виде бесцветных кристаллов небольших размеров до 4-6 мкм, не поляризующих свет Н= 1,494; каолинита в мелкозернистом агрегатированном состоянии, очень слабо поляризующего свет, Ир= 1,560.

Спеки, полученные в интервале 500-600° С, аналогичны исходной ншхте и никаких изменений не претерпевают. В спеках, полученных при 800° С, в значительном количестве присутствует алюминат натрия №.0 • А1203 в виде бесцветных зерен небольших размеров, очень слабо поляризующий свет с М^ = 1,570 и N,,=1,566 и в несколько меньшем количестве отмечается двухкальциевый силикат 2СаО • БЮ,, интерферирующий в низких тонах, двухосный оптически положительный N^1,654, К, =1,642, ^ -Мр=0,012, а также встречаются некоторые зерна соды, углекислого кальция и изотропные кристаллы с N=1,658, что подходит к показателям Ш20 А1203 БЮ^. Основная масса спеков при 900° С состоит из алюмината натрия и в несколько меньшем количестве отмечается двухкальциевый силикат, составляющие спека в большинстве своем присутствуют в агрегатированном состоянии. Сода и углекислый кальций исчезают полностью. Начиная с 1000° С, в спеках количественно преобладает двухкальциевый силикат, а количество алюмината натрия относительно уменьшается, при 1100-1300° С спеки в основном состоят из 2СаО 8Юг и N320 А1203. При этих температурах минералообразование полностью закончено, кристаллы "присутствуют в агрегатированном состоянии.

Рентгенографические исследования (рис.4) полностью подтвердили результаты кристаллооптических исследований.

Разложение каолинита начинается уже при 500° С - уменьшается интенсивность линии (д/п=7,24; 3,58 ^), при этом гидроалюмосиликат натрия никаких изменений не претерпевает, интенсивность линии (с!/п = 6,35; 3,34; 3,01; 3,66^) сохраняется до 800°С. При 600°С в результате дегидратации каолинита появляется линия (д/п =4,13 ^), которая характерна метакаолиниту, а уже при 700° С появляются слабоинтенсивные линии соединения ■ А1203 ■ $Ю2 (<3/п = 4Д5; 2,85^), что свидетельствует о начале протекания

Рентгенограммы спеков при различных температурах

твердофазных реакций, которые совпадают с данными ранее проведенных исследований.

При 800-900° С на рентгенограммах полностью исчезают линии, характерные для составляющих смесей (ГАСН, каолинит, сода, углекислый кальций), линии Na20 • А1203 ■ Si02 (d/n = 4,15; 2,85 j ) становятся четкими и интенсивными, кроме того, появляются новые линии, характерные алюминату натрия (d/n=2,68; 2,60,1,92 ^ ) и двухкальциевому силикату (d/n=2,74; 2,20 ^ ). При дальнейшем повышении температуры на рентгенограммах спеков возрастает интенсивность линий алюмината натрия и двухкальциевого силиката, а линии Na20 • А1,03 Si02 исчезают.

Результаты кристаллооптических и рентгеноструктурных исследовании хорошо подтверждаются данными ЙК-спектров. С повышением температуры в спеках исчезают полосы поглощения гидроалюмосиликата натрия 1010,710, 630, 540 см'1 и каолинита - 900, 840, 520 см'1, появляются полосы алюмината натрия - 645, 465, 530 см"1 и двухкальциевого силиката - 1000, 950, 900, 850, 525 см'!.

Электронномикроскопические фотографии спеков при различных температурах подтверждают результаты физико-химических исследований. Спеки, полученные при температурах 600 - 700° С, особых изменений не претерпевают и не отличаются от шихтовых смесей. Твердофазные реакции начинаются при температурах 800 - 900° С, начинают образовываться основы минералов, которые укрупняются с повышением температуры. При высоких температурах (более 1100° С) минералы образуются более плотной упаковки слегка оплавленной поверхностью.

Минералообразование в спеках завершается при температурах 1100 -1200° С, однако алюминат натрия и двухкальциевый силикат не образуются в свободном виде, чаще всего они пропитаны друг в друга и покрыты тонкими, слегка оплавленными оболочками.

Таким образом, выполненные нами исследования позволяют представить взаимодействие в смеси гидроалюмосиликат натрня, каолинит, сода и

15

углекислый кальций при спекании следующим образом:

Al203-2Si02-2H20 500-600°С > Al203-2Si0.,+2H20 (1)

AlO. 2SiO.TNa.aX 600-700°С ^ Ка:0 ■ А1,Од ■ISiO.+CO, (2)

Na20 ■ AljOj l,77Si02 2,28HjO 600-700°С > Na.O A1203 l,77Si01+ 2,28H20 (3) NajOAljOj 1.775Ю.+1,54СаСОд 700-800°С )Na:O AlO]'SiO:-fQ.77f2CaOSiQ1M- 1,54СОг (4) Na20 Al203-2Si02 +2CaCQ. 700-800°C ) №¡.0 AlO, ■ SiO. +2CaO ■ SiO.+2CO] (5)

CaC03 850°C > CaO + C02 (6)

Na20 AI203 Si02 +2CaO 900^ ) Na20Al203 +-2CaO Si02 (7)

С целью снижения вредного воздействия оксидов железа процесс спекания проводится в восстановительных условиях.

Для установления превращений, протекающих в указанной смеси в присутствии восстановителей, и для определения фазового состава смеси на основе гидроалюмосиликата натрия, каолинита и оксида железа, взятых в соотношении Г.Г.0,3, были составлены две шихты:

I шихта: мол. Na20 : AL,03= 1,3; мол. CaO: Si02= 2,0;

II шихта: мол. Na20: AL,03= 1,0; мол. CaO : Si02 = 2,0.

В исходной пробе обеих шихт известняк представлен бесцветными мелкими агрегатированными кристаллами, нередко окрашенными в бурый цвет тонкораспыленными минералами железа. Наряду с тем отмечаются зерна до 30 мкм, интерферирующие в очень высоких тонах до перламутровых и имеющие характеристики одноосные; оптически отрицательные п0 = 1,654; п. = 1,454; пс = пс = 1,160. Гидроалюмосиликат натрия и каолинит находятся в мелкозернистом агрегатированном состоянии соответственно с N = 1,494 и Ng= 1,564, Np= 1,558, последний очень слабо поляризует свет. Соданаходится в основном в мелкозернистом агрегатированном состоянии и только немногие зерна имели размеры до 20 мкм: двуосные, оптически отрицательные 1,546, N =1,415.

Спеки, полученные из шихт I и П при 500-600°С, по составу аналогичны исходной шихте и особых изменений не претерпевают. При 700°С появляются отдельные зерна алюмината натрия, сохраняется известняк размерами до 16 мкм, интерферирующий в очень высоких тонах до перламутрового, и в 16

небольшом количестве отмечается гидроалюмосиликат натрия. При 800°С в спеке шихты II известняка остается очень мало, а значительную часть пробы составляет алюминат натрия, представленный мелкими агрегатированными зернами, интерферирующими в низких тонах: 1,58, Ир = 1,566. В небольшом количестве отмечаются гидроалюмосиликат натрия и двухкалыдаевый силикат, присутствующий в тонкозернистом агрегатированном состоянии. Минералы железа находятся в тонкораспыленном состоянии. В спеках шихты 1, полученных при той же температуре, в значительном количестве присутствует алюминат натрия в виде мелкозернистых скоплений. В небольшом количестве обнаруживается натриево-кальциевый силикат в виде бесцветных тонкозернистых скоплений, не поляризующих свет (п = 1,585 + 0,005), и гидроалюмосиликат натрия.

При 900°С значительную часть спека шихты I составляют алюминат натрия, двухкальциевый силикат и натриево-кальциевый силикат, а минералы железа, находящиеся в тонкораспыленном состоянии, пропитывают все составлющие пробы. В спеке шихты II в значительном количестве содержатся алюминат натрия, двухкальциевый силикат и в виде единичных зерен отмечается натриево-кальциевый силикат.

При 1000-1200°С минералообразование полностью завершается, кристаллы находятся в агрегатированном состоянии и спеки, в основном, состоят из алюмината натрия, двухкальциевого и натриево-кальциевого силикатов от шихты I, из алюмината натрия и двухкальциевого силиката от шихты II. В спеках обеих шихт минералы железа находятся в тонкораспыленном состоянии, пропитывая все составляющие пробы.

Рентгенофазовые исследования подтвердили кристаллооптически установленный фазовый состав спеков.

Минералы железа в спеках обеих шихт находятся в виде вьюстита и магнетита, а феррит натрия не образуется. Результаты кристаллооптических и рентгеноструктурных исследований хорошо согласуются с данными ИК-спектров. С повышением температуры в спеках исчезают полосы поглощения

17

гидроалюмосиликата натрия (1010,730,645 см'1), каолинита (900,840,520 см' '), но появляются интенсивные полосы поглощения алюмината натрия (645. 465, 530 см"1) и двухкальциевого силиката (1000, 950, 850, 525 см"1), которые перекрывают линии натриево-кальциевого силиката (900, 520 см"1).

В процессе спекания шиноземсодержащих шихт без восстановителя сода, взаимодействуя с оксидом железа, образует феррит натрия.

Одними из основных составляющих шламовых спеков являются сода и оксиды железа, поэтому для исследования фазовых превращений, протекающих в данной системе, нами был применен термодинамический анализ реакций:

Na2C03 + Fe203 + 0,5С = Na20 . Fe203 + СО + 0,5 С02 (А)

3 Na2C03 + 3Fe304 +С = 3 (Na20 . Fe30,)+ ЗСО + С02 (Б)

и для сравнения:

Na2C03+ Fe203 = Na20 . Fe203 + C02 (В)

Для исследования брали соду марки "ч" и оксид железа марки "ч.д.а.", в качестве восстановителя использовался активированный уголь. Сода рассчитывалась, исхода из молярного отношения Na20 : Fe203 = 1,0.

Были рассчитаны величины свободной энергии Гиббса с учетом фазовых превращений, которые претерпевают компоненты, участвующие в реакциях в заданном температурном интервале. Расчет проводился с использованием ЭВМ.

Рассчитанные значения aG от температуры для реакции взаимодействия соды и оксида железа в восстановительных и окислительных условиях по реакциям (А), (Б) и (В) приведены на рис. 5.

Из приведенных данных следует, что реакции А и Б не могут протекать, так как значения величины энергии Гиббса для них при всех температурах положительны, а для реакции В, начиная с 650°С значения величины энергии Гиббса отрицательны, что указывает на возможность ее протекания выше температуры 650°С.

Эти результаты подтверждаются рентгенофазовым анализом спеков,

полученных при различных температурах.

А для смеси Na2C03+ Fe^O, + С ; Б- для смеси Na2C03 +• Fe.04 +С;

В - для смеси NitjCOj + Fe203 Рисунок 5

По приведенным выше данным взаимодействия в рассмотренных смесях в присутствии восстановителя можно представить в виде следующих реакций:

Al203 2Si02 2H20 500-600°с } AL03 •2Si02+2H.0 (1)

Na.0 А1Д l,79SiOj- 2,78^0 гоо-боо^с } Na,0 • А1Д - l,79Si02+2;78H20 (2) А1Д 2Si02+2Na,C03 +ЗСаС03 700-шсс Al203+Na20 Ca02Si02+5C02 (3) Na:QAL031.79SiO:+1.58CaCO] 70&-8P0°c ) Na.OАШ3SiO:+Q.79i2CaOSiO>l .58CO. (4) CaCO} > CaO + C02 (5)

Na20 A120j Si02+2CaO + Na20 ■ 3Ca0 2Si02 m°c ? Na20 A1203 + + Na20 CaO Si02+ 2(2CaO • Si02) (6)

Na20 A1203 Si02+2Ca0 9oo°c ^a.0 А1гО,+ 2CaO Si02 (7)

19

Взаимодействия в смесях по реакциям 1,2 и 4 характерны для обеих шихт, что согласуется с нашими данными, описанными в предыдущих резделах. Образование натриево-кальциевого силиката сложного состава по реакции 3 согласуется с вышеприведенными данными, где указывается на присутствие натриево-кальциевого силиката переменного состава. Видимо, избыток соды (шихта I, мол. Ка20 : А1203=1,3), не прореагировавшей с оксидом железа в восстановительной атмосфере, приводит к образованию натриево-кальциевого силиката переменного состава. При температуре выше 900°С эти соединения переходят в моионатриево-кальциевый силикат по реакции 6. При мол.Ка10/А1а03=1,0 (шихта II) образуются только два основных соединения - алюминат натрия и двухкальциевый силикат.

Для установления превращений, протекающих в смеси ГАСН - нефелин -Ыа2С03-СаС03, и для определения фазового состава спека были использованы гидро-алюмосиликат натрия, синтезированный по известной методике, известняк и сода марки "Х.Ч", а также природный материал нефелин участка Ащилысай, химический состав которых приведен в таблице 3.

Таблица 3.

Наименование

Состав, %

ппп БЮ2 А1203 №20 Ре^О, СаО К20

Нефелин 14,0 53,50 23,00 5,80 1,70. 3,0 1,20 ГАСН 12,65 33,3 32,0 19,42 -

Для исследования была приготовлена шихта, состоящая из гидроалюмосиликата натрия и нефелина в соотношении 0,8:0,2. Расчетные количества соды и известняка вводили в шихты, исходя из следующих молярных отношений: мол СаО : БЮ,, =2,0 ; мол N820: А1203=1,05; мол Ыа20 : Бе20=1,0.

Продукты спекания исследовались кристаллооптическим, ренгенострукхурным, растра-электронно-микроскопическим и химическим методами анализа.

20

По рентгенографическим характеристикам шихта в интервале 600-700° С особых изменений не претерпевает, состоит из исходной смеси.

При температуре 800° С появляется линия алюмината натрия (d/n = 2,18; 2,27; 2,68; 2,78 д). В это же время исчезает линия нефелина (d/n = 2,-60; 2,74; 3,24; 3,62 0).

В интервале 900-1000° С увеличиваются интенсивности линий алюмината натрия и двухкальциевого силиката. В то же время в данном интервале мы наблюдаем исчезновение линии известняка (d/n = 3,04^).

При температуре 1100° С исчезает линия CaO (d/n = 3,29,4,89^).. При дальнейшем нагревании существенных изменений не происходит и к 1250° С минералообразование заканчивается. Основными соединениями являются алюминат натрия и двухкальциевый силикат.

Результаты исследовании с помощью энерго-дисперсной системы показали:

При 600°С спек особых изменений не претерпевает, состоит из исходной смеси ГАСН - нефелин - сода - известняк. При 800°С появляются кристаллы алюмината натрия.

При 1000°С развивается образование кристаллов, но процесс минералообразования не завершается.

При 1200°С спек состоит из двухкальциевого силиката, а на поверхности этих кристаллов белеют кристаллы алюмината натрия. При температуре 1250°С минералообразование заканчивается, спек начинает плавиться.

Проведенные исследования позволяют взаимодействия в рассмотренной смеси представить в виде следующих реакций:

Na20 • А1203 • 1,79S102 ■ 2,3^0 > Na20 • А1203 • l,79Si02 + 2,311,0

Na20 • А]203 • 2Si02 • 2НаО > №гО • А1203 • 2Si02 + 2Н20

N320 • А1203 • 2Si02 + 2СаС03 _™±L_>Na20 • А1Д • SiO, + 2Ca0-Si02 + 2С02

Na,0 • А1Д ■ l,79Si02+ 1,58СаС03 70"-8W' > Na30 • A1203 • Si02 + 0,79 (2CaO • Si02) +

1,58C02

CaC03 >85a° > Ca0+C02

Na20 • A1203 • Si02 + 2CaO т , 2CaO • Si02 + Na20 • A1203

Исследованы были также процессы спекания шламовой, глино-шламовой шихты и смеси ГАСН - каолинит, углекислый кальций, сода методом высокотемпературный рентгенографии. Установлено: а) спекание 3- компонентной шихты идет лучше чем других шихт; б) взаимодействие в смеси чистых минералов протекает при более высоких температурах, чем в технологических шихтах.

ТЕХНОЛОГИЯ ПЕРЕРАБОТКИ ЗОЛ ОТ СЖИГАНИЯ ЭКИБАСТУЗСКИХ УГЛЕЙ

Перспективным сырьевым источником являются золы от сжигания углей.

Спекание красного шлама с добавкой золы предлагалось и ранее. Однако рекомендуемая ими добавка золы от 5 до 20% от веса красного шлама не решает в достаточной мере как технологическую проблему улучшения процесса спекания, так и проблему переработки золы на глинозем, поэтому нами исследовалось спекание красного шлама с добавкой золы в больших дозировках .

Изучались показатели процесса спекания в зависимости от состава шихты, температуры и продолжительности спекания.

После математической обработки результатов эксперимента получено обобщенное многофакторное уравнение Протодьяконова:

_у 9,844-х*30"

Ул= 85,82(0,01177*, -0,00207)(-5-Ю"6^ +0,011828)

Гипотеза об адекватности полученного уравнения проверялась с помощью статистического критерия Фишера (Б). Расчетное значение критерия Фишера Б равно 1,25; = 4,39 (при ^=5:^ = 6 на уровне значисмости 0,05).

Так как < Бм6л, обобщенное уравнение адекватно описывает процесс и им можно пользоваться.

Таким образом, для улучшения технологии спекания красного шлама

можно добавлять золу от сжигания экибастузских углей до 40% от веса смеси. При этом достигается высокое извлечение глинозема (85-87%) и щелочи (8586%), а оптимальная температура спекания составляет 1150-1200°С при продолжительности 45 минут.

Предлагаемый способ спекания красного шлама с добавкой золы защищен авторским свидетельством.

Ввиду недостаточности и высокой стоимости едкой щелочи представляет интерес использование в качестве реагента сульфата натрия. С целью определения пригодности сульфата натрия в качестве реагента для изучаемой системы были проведены термодинамические исследования вероятности протекания различных возможных химических реакций в этой системе.

Перечень возможных реакций представлен в таблице 2

Таблица 2

_Перечень реакций в системе Зола - Na.SC, - С (СО)_

№

п/п Реакции

1 N8280, + БЮ2 + СО -> №25Ю3 + 502 + С02

2 Жа^О, + 2№г + С-> Жа^Ю, + 280г + С02

3 £03 + С->802 + С0

4 2Б03 + С -> 2Б0, + СО,

5 БО, + С0-> 302'+ С02"

6 N3,80, + БЮ, + С -> ^БЮ, + Б02 + СО

7 №2804 + С №20 + 802 + СО

8 2Na2S04 +С 2Ш20 + 2802 + С02

9 N¡^80, + СО №20 + 802 + С02

10 11 №г804 + 25Ю2 + СО-> Ка20 28Ю2 + 802 + С02 2Na2S04 + 4БЮ2 + С н> 2На20 ■ 2&02 + 2Б02 + С02

12 №2804 + 2вЮ2 + С-> Ка20 ■ 28Ю, + 802 + СО

13 2С +02 2СО

14 с + о2 со2

15 2С0 + 02 -> 2С02

16 ЗА1.0 -2510,+ 2Ыа,80, + С0->

Кта20 А1203 • 28Ю + 2А1203 4- 802 + С02

17 С + С02 -> 2С0

Из рассмотренных процессов по предварительным термодинамическим расчетам с большой вероятностью можно осуществить взаимодействие сульфата натрия с кремнеземом в восстановительных условиях (атмосфера оксида углерода), с получением водорастворимого силиката натрия, а также взаимодействие сульфата натрия с муллитом, с получением соединения нефелина. Это положение вызывает значительный научный интерес, так как в научно-технической литературе указывается, что мушшт начинает претерпевать превращения при температуре выше 1300° С.

Термодинамические исследования показали теоретическую возможность протекания реакции:

1. Ка2304 + &02 + СО -> Ыа2й03 + Б02 + С02

2. ЗД1203 • 28Ю2+N3^ + СО N320 ■ А1203 - 28Ю2+ 2А1г03+Б02+С02

На основании изучения этих реакции нами предложены способы

переработки зол.

Для экспериментов были взяты зола от сжигания угля Экибастузского бассейна следующего состава, мас.%: N820-0,60; 80,-0,1; 8Ю2-58,2; Ре203-7,5; А120}-27,5; СаО-1,02 и сульфат натрия квалификации "Ч.Д.А."

Шихта составлялась из расчета связывания в Иа^К^ всего свободного кремнезема золы. Для приготовления шихты, определили предварительно количество свободного, реакционноспособного кремнезема путем выщелачивания золы щелочным раствором концентрацией 200г/л по Ка,0 в течение четырех часов.

Химический анализ раствора после выщелачивания показал, что количество свободного 8Ю2 в золе составляет 38,25% от всего ЗЮ2 золы. Шихта тонким слоем насыпалась на алуцдовый противень, который помещался в трубчатую печь с постоянной прокачкой оксида углерода.

Исследование проводили в интервале температур 650-900°, время выдержки менялась от 20 до 70 минут.

Отношение А1203/8Ю2 в спеке колеблется от 0,46 до 0,49. Отношение А1,0}/ 8Ю2 в шламе колеблется от 0,74 до 0,77. 24

Рентгенофазовый анализ спеков показал, что в спеках присутствуют следующие фазы: силикат натрия Na2SiO., нефелин Na20 • Aip^ • 2Si02, муллит 3AL,03 • 2Si02 и магнетит Fe304.

Результаты исследовании показали, что оптимальными условиями спекания золы с сульфатом натрия в восстановительной атмосфере является Т=750°С, продолжительность процесса 60 мин.

В процессе выщелачивания силикат натрия переходит в раствор, в шламе остается глиноземистый концентрат следующего состава: Nap -1,39%, AL03 - 36,98%, Si02- 48,02%.

Так как процесс взаимодействия Si02 и Na2S04 в атмосфере СО при спекании в трубчатой печи лимитировался диффузией частиц восстановителя, была проведена серия опытов по спеканию шихты в укрупненно-лабораторной установке "кипящего слоя" Института неметаллического сырья Технического университета Клаусталь Федеративной Республики Германии.

Зависимость степени извлечения Si02 cso6 в раствор от температуры и продолжительности спекания приведены на рис.6.

Как видно из рис.6, извлечение Si02 в раствор растет с повышением температуры и времени спекания. Это объясняется тем, что процесс идет в кинетическом режиме и лимитируется скоростью химической реакции образования силиката натрия.

Была исследована реакция взаимодействия сульфата натрия с муллитом в восстановительных условиях.

Комплекс физико-химических исследований, проведенных с продуктами реакции, показал, что шлам представлен, в основном, алюмосиликатной массой, состоящей из нефелина. Кристаллооптический анализ спека показал, что в спеке присуствует в основном 2 фазы, первая фаза - нефелин , прозрачная, обломки разных размеров и формы. Зерна большей частью массивные, имеют раковистый излом. Показатели преломления N = 1,495-1,501, вторая фаза - стекло, представлена зернами разных размеров неправильной формы. Цвет изменяется от зеленого до черного. Стекломасса оптически изотропна, прозрачна и имеет показатель

25

преломления N = 1,543. Количественное соотношение этих фаз зависит от температуры и продолжительности процесса.

При увеличении температуры и продолжительности количество стекла увеличивается. Также был проведен кристаллооптический анализ шлама. Часть пробы представлена зернами нефелина, показатель преломления N = 1,505. Цвет зерен розоватым, плеохроирует до красного. Зерна прозрачные, двупреломление очень низкое.

Другая часть пробы - стекломасса, состоит из агрегатов тонкозернистого минерала, зерна неправильной формы, изотропные. Агрегаты пропитаны рудными минералами, показатель преломления N = 1,546. Зерна имеют зеленый цвет. При увеличении температуры до 950° С и продолжительности процесса до 120 минут количество стекла увеличивается и его цвет становится более интенсивным до изумрудно-зеленого.

На рис.7 представлена дифрактограмма спекай шлама. В спеке, в основном, присутствует нефелин с!/п = (4,3088; 4,16; 3,8343; 3,7617; 3,2553; 3,0424; 3,0016; 2,884; 2,7355; 2,5703; 2,3390; 2,2376) и силикат натрия <1/п=(5,4233е 4,6911; 3,620; 2,6688),а в шламе - только нефелин.

Энергодисперсный анализ спека и шлама, приведенный на рис.8., показал, что при спекании вся алюмосшшкатная смесь переходит в минерал нефелин, который доминирует в виде самостоятельного минерала в шламе после выщелачивания водно-растворимого силиката натрия.

В результате получается шлам, представляющий собой концентрат на нефелиновой основе, который может быть успешно переработан на глинозем. Полученный при этом раствор после выщелачивания содержит силикат натрия и может служить исходным продуктом для производства жидкого стекла, силиката натрия и других химических силикатных продуктов, а также для регенерации дефицитной каустической щелочи.

Укрупненно - лабораторные эксперименты на установке «кипящего слоя»

Зависимость извлечения БЮ2 своб в раствор

Университета Клаусталь полностью подтвердили результаты лабораторных исследований.

ПЕРЕРАБОТКА КРАСНОГО ШЛАМА С НЕФЕЛИНОВЫМИ СИЕНИТАМИ

В этом разделе рассматривается совершенствование передела спекания красного шлама путем введения в шламовую шихту нефелиновых сиенитов Северного Казахстана, содержащих около 27% А1203 и ~11,0% оксидов щелочных металлов.

С целью выбора оптимальных условий восстановительного спекания шламово-нефелиновых шихт исследования проведены с использованием математического метода рототабельного планирования второго порядка.

В качестве параметров оптимизации изучаемого процесса приняты показатели по извлечению А1203 (У %) и Ыа203(У2 %) при стандартном выщелачивании спеков.

После статистической обработки результатов исследований получены два уравнения регрессии, адекватно описывающие процесс спекания шламово-нефелиновых шихт по обоим выбранным параметрам оптимизации: У1 (А1Д, %) = 86,97 + 2,34х, + 3,17X3 -1,59 х, -1,58 хЛ + 2,20 х,х3 + 1,26 х^- 0,Щ. У2(Иа20, %)=80,41 + 4,43х, + 1,89X3 -1,10 х, -1,45 хЛ +1,39 х,х3 + 0,71 - 0,70х2.

Анализ уравнений регрессии показывает, что положительное влияние на извлечение обоих компонентов оказывают температура и продолжительность спекания, что объясняется интенсификацией и более глубоким завершением процессов образования алюмоферритов натрия и двухкальциевого силиката. Причем наиболее значительно на извлечение глинозема влияет продолжительность, а на извлечение щелочи - температура. При увеличении температуры от 916 до 1084 °С извлечение глинозема и щелочи возрастает на 8,8 и 9,28% ( рис. 6.1а) , а при возрастании продолжительности спекания от 4,8 до 55,2 мин.- на 10,68 и 9,09% соответственно. 28

Дифрактограмма спека (а) и шлама (б)

Энершдисперспыи анализ спска (а) и шлама (б)

< i

Su* i

.M№\, - k/rb ; ? '

■■Шшёшёш

1- %Na-31; Al-28; Si-40 2 - % Na - 32; Al - 27; Si - 38 3-% Na - 31; Al - 28; Si - 39

1 -% Na-28; Al-34; Si-37

2 - % Na - 27; Al - 35; Si - 38 3 - % Na - 28; Al - 34; Si - 38 Рисунок 8

СПЕКАНИЕ ШЛАМОВЫХ ШИХТ.

Спекание шламовых шихт и кинетика химических реакций в твердофазной смеси имеют большое практическое значение, так как определяют условия и технологические показатели процесса.

Кинетика спекания гидроалюмосиликата натрия с известняком изучалась ранее, а кинетика взаимодействия смеси гидроалюмо силикат натрия-каолинит-сода-углекислый кальций ранее не изучалась.

Для опытов использовались синтезированный гидроалюмосиликат натрия и природный минерал каолинит в соотношении 1:1. Известняк и соду марки "хч" дозировали на образование 2СаО Si02 и Na20 ' А120 .

О скорости образования растворимого алюмината натрия в спеке судили по извлечению глинозема в раствор при стандартном выщелачивании. С повышением температуры и увеличением экспозиции опытов ( рис.9) извлечение глинозема в раствор возрастает. По этим данным можно судить и о скорости образования алюмината натрия. При более продолжительном нагревании извлечение глинозема в раствор или содержание образовавшегося алюмината натрия в спеке остается почти на одном уровне, что свидетельствует об установлении равновесия.

Обработка полученных нами экспериментальных данных по известным уравнениям для гетерогенных процессов показала, что кинетика спекания в данной смеси удовлетворительно описывается уравнением Лидера. [1-(1-а)1/3 ]2=Кт, при этом в координатах [1-(1-а)1/3 ]2 и т получаются прямолинейные зависимости. Из этого рисунка видно, что после 20-30 минут спекания на прямых наблюдается перелом и вторая часть более пологая. Это свидетельствует о замедлении реакции образования алюмината натрия из-за диффузионных торможений.

Зависимость константы скорости от температуры хорошо описывается уравнением Аррениуса.

Рассчитанная из этого уравнения величина энергии активации составляет 33,3±1,1 кДж/моль.

Зависимость извлечения А1203 от продолжительности спекания при различных температурах

1200е 1з:'оо°

1000° 900°

с*

..10 20 . 30 40. 50 '60 Г,дав.

Рисунок 9

На основании значений кажущейся энергии активации из уравнения

^у=2Е/Р былирассчитаны величины температурных коэффициентов констант

кт+ю , ,

скорости у = ^ , значения которых приводятся в таблице 3.

Таблица 3

Значения температурных коэффициентов скоростей реакции Т 900° С 1000°С 1100°С 1200° С у 1,046 1,039 1,03 1,029

Полученные значения "кажущейся" энергии активации и температурных коэффициентов констант скорости спекания исследуемой смеси указывают

■т то, что взаимодействие в смеси в интервале температур 900-1200° С протекает в диффузионной области, а потому для интенсификации этого процесса необходимы условия, обеспечивающие некоторое оплавление спека, повышающие скорость диффузии реагирующих компонентов.

Исследованы были также кинетика спекания красного шлама с глиной яа основе 4-компонентной шихты, на основе 3-компонентной шихты и в зосстановительно-окислительных условиях. Установлено: кинетические ¡акономерности процессов спекания вышеназванных шихт имеет сходный характер с небольшими различиями, связанными с тем, что наряду с реакциями эбразования алюмината натрия протекают также и другие реакции разложение аолинита, гидроалюмосиликата натрия, образование двухкальциевого :иликата, ферритов кальция и натрия; взаимодействие в смеси красного шлама а глины в процессе спекания идет полнее по сравнению с чисто шламовой пихтой; извлечение глинозема из 3-компонентной шихты несколько (на 31%) больше, чем из 4-компонентной шихты; процесс спекания шламово-тшнистой шихты в восстановительно-окислительных условиях вдет более штенсивно, чем чисто шламовой шихты.

Теоретические исследования, приведенные в предыдущих разделах, юказали благоприятные воздействия алюмосиликатов на спекание шламовой пихты, выявили практическую возможность спекания их со шламом и тозволили наметить пути дальнейших технологических исследований.

Были проведены технологические опыты по спеканию красного шлама в :меси с алюмосиликатами.

Для исследований готовили пять шихт с соотношениями глины к красному пламу 0,1:0,9; 0,2:0,8; 0,3:0,7; 0,4:0,6; 0,5:0,5 при дозировке известняка и соды ,гарки "чда" из следующих молярных отношений в шихте:

Ка20 СаО СаО

——=1 3 -=2 0 -=1 5

А1203 ИОг ^ Ре203

В исследовании применен метод рационального планирования 1Кспериментов, в основе которого заложена идея так называемого "латинского свадрата", позволяющая получить эмпирическую зависимость параметра

оптимизации "у" от рассматриваемых факторов за счет специально распланированных экспериментов по матрице планирования.

Изучили влияние дозировки глины (х^, температуры спекания (х2) ¥ продолжительности выдержки (х3) на извлечение глинозема (таблица 7.5).

Полученное уравнение, отражающее зависимость извлечения глиноземе от всех исследуемых факторов, имеет вид:

В вышеприведенном уравнении были подсчитаны критерии Фишера Л>"п .Е, и установлена адекватность уравнений. Показано, с увеличением дозировки глинь: извлечение глинозема повышается, что объясняется облагораживанием состава шихты, снижением содержания ферритов кальция в спеке.

Повышение температуры спекания от 1050<>С до 1200°С приводит ъ увеличению извлечения глинозема от 78% до 87% соответственно. Однакс дальнейший подъем температуры до 1250° С и выше приводит к сниженик извлечения глинозема, что связано с расплавлением шихты.

Исследованы также по аналогичной методике процессы спеканш красного шлама с тиной на трехкомпонентную шихту в восстановительно-окислительных условиях и процесс спекания красного шлама с углисто! внутренней вскрышной породой. Результаты исследований позволили теоретически обосновать оптимальные технологические условия для спеканш вышеназванных шихт.

Процессы выщелачивания спеков в исследованиях, описанных I предыдущих разделах, были научно обоснованы, и установлены условия в режимы технологии спекания красного шлама в смеси с алюмосиликатами с высоким извлечением глинозема и щелочи при стандартном выщелачивании, Вместе с тем практика работы Павлодарского алюминиевого завода показала что разница между извлечением глинозема в условиях стандартного и технологического выщелачивания достигает 10-15%, что объясняется большими вторичными потерями глинозема в процессе технологичсскогс выщелачивания производственных шламовых спеков. Поэтому нами были

)(114Д05-

68303,875

)

[роведены детальные исследования по технологическому выщелачиванию пеков глиношламовой шихты с целью выявления ожидаемых результатов гри организации спекания шламов с добавками алюмосиликатов. Известно, ;то извлечение глинозема и щелочи при выщелачивании во многом зависит 1Т величины вторичных потерь, определяющейся, в свою очередь, физико-омическими свойствами спека, поэтому нами были изучены величины коричных потерь при технологическом выщелачивании шламового и глино-пламового спеков. Наибольшие абсолютные потери имеют вторичные потери зганозема. Комплексом физико-химических исследований установлено: а) при :ехнологическом выщелачивании спеков недоизвлечение глинозема фоисходит за счет образования гидроалюмосиликати натрия и гидрогранатов ЗСаО А12050,58Ю25Н20); б) при выщелачивании спеков глино-шламовой цихты величина вторичных потерь уменьшается вследствие образования более стойкой модификации двухкальциевого силиката, обусловленного злагоприятным составом шихты и повышенной температурой спекания.

Результаты лабораторных исследований послужили основанием для 1роведения полупромышленных испытаний разработанной технологии.

Цель полупромышленных испытаний заключалась в проверке результатов ибораторных исследований и выдаче данных для технико-экономической щенки схемы совместной переработки красного шлама ПАЗа и глины АР-3.

Для испытаний использовались красный шлам ПАЗа, глина АР-3 \ркалыкского месторождения и Пикалевский известняк, которые были доставлены на ЛОЗ ВАМИ в количестве по 60т каждый.

Аппаратурно-технологическая схема испытаний включала установки для эазмола глины и известняка, репульпации красного шлама, приготовления цихты, спекания шламо-глинистой шихты, выщелачивания спека.

Спекание шламо-глинистой шихты проводилось на вращающейся печи ушной 16м и диаметром 1м в две кампании: первая - на насыщенной шламо-"линистой шихте, вторая - на ненасыщенной шламо-глинистой шихте. В результате испытаний установлены основные технологические параметры шекания шламо-глинистой шихты. Температура 1100-115СРС, время спекания

35

45-бОмин., скорость вращения печи 1,Зоб/мин, угол наклона 1,55%

Охлаждение спека проводилось в холодильнике длиной 9м. диаметром 1,2т

2

с поверхностью охлаждения 21м . Получен качественный спек с пористость* 35-40%.

Гидрохимическая переработка шламо-глинистых спеков осуществлялас по двухстадийной схеме. Первая стадия - в трубчатом аппарате длиной 8м диаметром 1м. с утлом наклона 5%, при скорости вращения 0,5 об/мин.,втора стадия - в стержневой мельнице Ш.М.О. (900x900мм) со скоростью вращени 32 об/мин. Стержневая загрузка составляла 700 кг. Пульпа мельниц! откачивалась на ленточный фильтр, где осуществлялись фильтрация пульш и промывка шлама.

Испытания определили основные параметры выщелачивания спека время выщелачивания 60-90мин., температура выщелачивания 70-80°С концентрация алюминатного раствора (слив трубчатого аппарата) 95-100г/л Химическое извлечение глинозема и щелочи по шламу ленточного фильтр! составило соответственно 84-87% и 85-90%.

Таким образом, все основные показатели, полученные в лаборатории; исследованиях, подтвердились в полупромышленных условиях.

Предварительные технико-экономические расчеты, выполненные 1 ВАМИ, показали, что внедрение технологии совместной переработки красно« шлама с глиной АР-3 на ПАЗе без изменения существующей схемы обеспечи* экономическую эффективность в расчете на условную годовук производительность цеха спекания 100 тыс.тонн глинозема - 679 тыс.рублей ] год в ценах 1990 года.

ПЕРЕРАБОТКА НИЗКОКАЧЕСТВЕННЫХ БОКСИТОВ С ПОВЫШЕННЫМ СОДЕРЖАНИЕМ ОРГАНИЧЕСКИХ ВЕЩЕСТВ

Органические вещества входят в состав практически всех типов бокситог и оказывают вредное алияние на технологический процесс.

Одним из наиболее распространенных способов очистки производственных растворов от органических веществ является процесс

юрбции. Для этого необходимо использовать материал, обладающий сорошими дисперсными свойствами и не вступающий во взаимодействие с )чищаемыми растворами, приводящими к потере ценных компонентов, шеющнм низкую стоимость, доступность, возможность регенерации и быть Юстаточно эффективным при очистке растворов от органических веществ.

В качестве сорбентов органических примесей из растворов глиноземного троизводства были выбраны следующие вещества: шламы глиноземного фоизводства (красный, белый, отвальный), содосульфатный продукт, )боротная и кальцинированная сода. Наиболее эффективен способ очистки )боротных растворов от органических примесей с помощью обожженных юдосульфатного продукта и оборотной соды. Применение кальцинированной :оды и шламов глиноземного производства для очистки оборотных растворов >т органики малоэффективно.

Установлены оптимальные условия процесса очистки оборотных >астворов от органических веществ с помощью обожженных содо-:ульфатного продукта 600°С (1 час), оборотной соды 500°С (0,5 часа), ^отношение жидкой и твердой фаз 20:1-30:1, температура 105°С, фодолжительность обработки 30 минут. При этом степень удаления »рганических примесей из раствора составляет 20-30%. Использование данных ;орбентов позволяет снизить концентрацию сульфатов и карбонатов натрия I очищаемом растворе соответсвенно на 9-30% и 8-42%. Сорбенты могут )ыть многократно использованы для очистки растворов.

ОСНОВНЫЕ ВЫВОДЫ

1. На основе анализа современного состояния и перспектив развития яиноземной промышленности республики предложен и научно обоснован [ринципиально новый подход к решению проблемы переработки шзкокачествешого глиноземсодержащего сырья Казахстана.

2. Исследования литологических разновидностей бокситов Красно-исгябрьского месторождения позволили установить, что гиббсит - основной линоземсодержащий минерал концентрируется в каменистых литологических >азноввдностях боксита. Поэтому для переработки Краснооктябрьских боксгпои

были подобраны режимные условия дробления и измельчения этих бокситов которые были внедрены в производство пшнозема на Павлодарском алюмишевол заводе.

3. На основании изучения плавкости систем №20 А1203 - Ш20 ■ Щ03 ■ 2СаО • - 2СаО БеД - СаО ■ БеД - Ыа20 • СаО . 8Ю2 построены диаграммь плавкости, позволяющие:

- определить температуру спекания любого ппяюземсодержащего сырья 1 ожидаемое извлечение пшнозема;

- при заданном извлечении пшнозема подобрать оптимальный со ста] шихты, режим и технологические параметры спекания.

Эти данные имеют практич еское значение для правильного ведения процесс! спекания высокожелезистых шихт, определения их расчетного состава.

4. На основе изучения физико-химических взаимодействий компонента шихт при различных температурах комплексом физико-химических методо] исследований установлено:

- механизм взаимодействия в смесях гидроалюмосшшкат натрия-каолинит сода-углекислый кальций, гидроалюмосиликат натрия- нефелин-сода-известняк гидроалюмосиликат натрия- каолинит-сода-известняк в восстановительны: условиях;

- схема химических реакций для указанных смесей, описывающа; взаимодействия в них при различных температурах;

- шшералообразование протекает с появлением жидкой фазы, образованием спека с оплавленной поверхностью. При более высоких температурах (боле< 1200°С) образуются спеки с более плотной упаковкой, затрудняющей процес< выщелачивания.

5. По-новому решен вопрос совместной переработки красного шлама I золы экибастузского угля. Предложенный способ защищен авторскщ свидетельством СССР [N734953].

6. Термодинамические исследования в системе зола-На^БО^-СХСО позволили:

- определить термодинамическую вероятность протекания химическо*

реакции между сульфатом натрия и кремнеземом в восстановительных условиях с образованием воднорастворимого силиката натрия;

- определить термодинамическую возможность протекания химической реакции между сульфатом натрия и муллитом в восстановительных условиях с образованием минерала нефелина.

7. Разработан способ переработки золы, позволяющий получить силикат натрия и глиноземистый концентрат при следующих оптимальных условиях: Г=750СС, 60 мин. Исследования, проведенные на укрупненно-лабораторной установке "КС" Технического Университета Клаусталь, показали технологичность предложенного способа. Предложенный способ защищен авторским свидетельством СССР [N1733380].

8. Разработан способ переработки золы экибастузскош угля, позволяющий получить нефелиновый концентрат, содержащий сумму ценных компонентов [N820 + А^Ор более 50%, силикат натрия, серную кислоту и другие продукты. На разработанный способ получен патент Республики Казахстан № 5980.

9. Взаимодействие исследуемой смеси ГАСН-као.тшшт-сода-пзвестняк в интервале температур 900-1200°С протекает в диффузионной области.

10. Экспериментально исследована кинетика спекания 3-компонентной и 1-компонентной гаино-шламовой шихты при температурах 900-1200°С. Результаты экспериментов математически обработаны кинетическими уравнениями Кранка-Гинстлинга-Броунштейна (для 4-компонентной шихты) и Яндера (для 3-гсомпонентной шихты). На основании значений "кажущейся" энергии активации и гемпературных коэффициентов констант скоростей реакции установлено, что юаимодействия как в 3-компоненгаой, так и в 4-компонентной ппшо-шламовой шихтах в интервале температур 900-1200°С протекает в диффузионной области.

11. Кинетическими и комплексом физико-химических исследований токазано, что извлечение и скорости взаимодействия 3-компонентной глино-иламовой шихты более высокие, чем у 4-компонентной шихты.

12. Кинетика взаимодействий в искусственной смеси ГАСН - каолинит -жсид железа - сода - известняк а восстановительных условиях в интервале температур 900-1100°С лимитируется диффузионными процессами.

13. Исследование кинетики восстановительно-окислительного спеканш шламовой и шламово-гоинистай шихты показало:

а) как в шламовой, так и в шламово-глинистой шихте взаимодействие i интервале температур 900-1200°С протекает в диффузионной области;

б) скорости взаимодействия в шламово-глинистой шихте выше, чем i шламовой, кроме того, реакции протекают в ней более полно, что обусловливает высокое извлечение глинозема, так как в спеке увеличивается содержание растворимого соединения - алюмината натрия.

Результаты этих исследований положены в основу выбора режимны> условий последующих технологических экспериментов.

14. Установлены оптимальные технологические параметры процесс! спекания красного шлама ПАЗа с глиной АР-3 на 4-компонентную шихту Определено,чтоповышениетемпературыспеканияотЮ50°С до1200°С привода к увеличению извлечения глинозема от 78% до 87%. Дальнейшее повышен® температуры приводит к снижению извлечения глинозема.

15. Оптимальными технологическими параметрами для спеканш красноп шлама ПАЗа с шиной АР-3 на 3-компоненгную шихту являются температур; спекания 1200°С, состав шихты -1:1 тины к красному шламу и продошкительност! спекания 45 минут.

16. Оптимальными технологическими параметрами для спекания красноп шлама с глиной в восстановительно-окислительных условиях являются температура спекания 1050-1100°С, продолжительность спекания 50-60 мин., мол отношение Ca0:Si02 =1,9-2,0 и мол. N^O : А120з= 1,35-1,25. Количестве восстановителя 1,25-1,5% от веса сухой шихты; известняк на связывание оксид; железа в ферриты кальция в шихту не вводится.

17. Установлена технологическая возможность совместной переработю красного шлама с нефелиновыми сиенитами при следующих оптимальны? условиях: дозировка сиенита до 10%, температура спекания 1025-1040°С продолжительность спекания 45 минут.

18. Оптимальными технологическими параметрами при спекании красноп шлама с углистой внутренней вскрышной породой являются мол. Ca0:Si02=l ,85 мол. Na20 : А120з=1,4; продолжительность спекания 80 минут, темцератур: 1100°С. При этом извлечение полезных компонентов составит в%: 89-90 А1203; 88-90 Na20.

19. На основании проведенных исследований были рекомендованы:

а) оптимальные параметры восстановительно-окислительного спекания щошшмпонентных шихт;

б) спекание низкосортных бокситов для компенсации потерь щелочи, :оторые были внедрены в производство глинозема на Паалодарском алюминиевом аводе АО "Алюминий Казахстана".

20. Осуществлена полупромышленная проверка рекомендуемой шихты и опытам заводе ВАМИ (ЛОЗ ВАМИ), по результатам которой установлено:

а) спекание шламо-глинистой шихты происходят без оплавлений в широком ппервале температур 1100-1200°С, при этом получаются качественные спеки с гористостью 35-40%;

б) двухстадийное выщелачивание спека (трубчатый аппарат, стержневая лельница) обеспечивает высокое извлечение глинозема 84-88% и щелочи 87-90%;

в) оптимальными параметрами являются следующие: температура спекания 1100-1150"С, продолжительность спекания 30-40 минут, температура зыщелачивашя 75-89°С, время выщелачивания в трубчатом аппарате 30-40 минут, з стержневой мельнице 15-20 минут;

г) полупромышленные испытания полностью подтверждают результаты лабораторных исследований.

21. На основании лабораторных исследований и полупромышленных испытаний был рекомендован технологический режим для снижения вторичных потерь на переделе гидрохимической переработки спека, который был внедрен в производство глинозема на ПАЗе,

22. Установлены оптимальные условия процесса очистки оборотных растворов от органических веществ с помощью обожженных содо-сульфатного продукта 600°С (1 час), оборотной соды 500°С (0,5 часа), соотношение жидкой и твердой фаз 20:1-30:1, температура 105°С, продолжительность обработки 30 минут. При этом степень удаления органических примесей из раствора составляет 2030%. Использование данных сорбентов позволяет снизить концентрацию сульфатов и карбонатов натрия в очищаемом растворе соответственно на 930% и 8-42%. Сорбенты могут быть многократно использованы для очистки растворов (авторское свидетельство СССР N1067771).

Основное содержание диссертации в работах

1. Абжалгтаров А. Комплексное использование низкокачественного глиноземсодержащего сырья, Алматы, «Рылым», 1998..

2. Нурмагамбетов. Х.Н., Дарментаев А. Д.,Абжаппаров А и др. Переработка смеси тургайских, аятских и белинских бокситов предварительным ее обогащением. Комплексное использовани минерального сырья, Алма-Ата, 1981г, N1.

3. Нурмагамбетов Х.Н., Абжаппаров А. и др. Обогащение боксито отмывкой. Сборник КазПТЙ "Металлургия и металловедение", Алма Ата, 1974, N3.

4. Нурмагамбетов Х.Н., Абжаппаров А. и др. Исследование п обогащению бокситов, Сборник КазПТИ "Металлургия и обогащение",

Алма-Ата, 1975, N10.

5. Абжаппаров А. Нефелиновые сиениты Северного Казахстана - сырь для производства глинозема, «Поиск», № 6,1997, с. 24-28.

6. Исаков У.Й., Абжаппаров А. "Изучение кинетики разложена некоторых глиноземсодержащих минералов, Сборник КазПТИ В.И.Ленин; "Металлургия и обогащение" 8, Алма-Ата, 1973.

7. Исаков У.И., Абжаппаров А. Совместное спекание глиноземистоп шлака с нефелином, Сборник КазПТИ "Металлургия и обогащение", N10 1975.

8. Абжаппаров А., Нурмагамбетов Х.Н. Спекание красного шлама < глиной, Известия вузов "Цветная металлургия", N5, 1977.

9. Абжаппаров А., Нурмагамбетов Х.Н. Совместная переработке красного шлама с глиной на глинозем , Труды Республиканской научно-практической конференции молодых ученых и специалистов, Усть-Каменогорск, 1977.

10. Букебаев Е. Нурмагамбетов Х.Н., Абжаппаров А. Исследование процесса обескремнивания каолинитовой глины Аркалыкскогс месторождения, Труды П Республиканской конференции по щелочной металлургии цветных металлов, Алма-Ата, 1981.

11. Абжаппаров А., НурмагамбетовХ.Н., Еремин Н.И. Исследование плавкости системы ИА-МР-СБ-СР-СР Сборник КазПТИ "Металлургия и обогащение", N13, Алма-Ата, 1978.

12. Абжаппаров А., НурмагамбетовХ.Н. Изучение плавкости иламовых шихт. Сборник КазПТИ "Металлургия и металловедение", N7, ^пма-Ата, 1978.

13. Байысбеков Ш.Б., Абжаппаров А и др. Исследование взаимо-(ействий в искусственной шламово-глшгастой шихте в условиях юсстановительного спекания. Труды КазПТЙ "Вопросы теории и фактики обогащения и металлургии металлов", Алма-Ата, 1982.

14. Байысбеков Ш.Б., Абжаппаров А и др. Изучение плавкости :истемы NA-NCS-CS Там же.

15. Абжаппаров А., Нурмагамбетов Х.Н., Еремин Н.И. Кинетика ;пекания красного шлама с глиной, Сборник .КазПТИ "Металлургия и )богащение" (сообщение 1), N13,1978.

16. Абжаппаров А., Нурмагамбетов Х.Н., Еремин Н.И, Кинетика ;пекания красного шлама с глиной (сообщение 2) Там же.

17. Абжаппаров А., Нурмагамбетов Х.Н., Еремин Н.И. и др. Исследование взаимодействия в смеси гидроалюмосиликата - натрия, каолинита, известняка и соды при спекании. Известия вузов. «Цветная металлургия», N2, 1980.

18. Тастанов Е.А., Абжаппаров А и др. Спекание шламовой шихты с нефелиновыми сиенитами Северного Казахстана. Тезисы докладов III Республиканской конференции «Комплексная переработка минерального сырья методами щелочной металлургии» .Алма-Ата, 1987.

19. Абжаппаров А., Тастанов Е.А. Оптимизация процесса восстановительного спекания шламо-нефелиновой шихты. «Поиск», № 1, 1998,. с. 12-16.

20. Tastanov.E.A, Abshapparov A. and HICH-CARBONATE BAUXITES PROCESSING BY THE SUCCESSIVE BAYER- SINTERING METHOD 5the INTERNATIONAL CONGRESS OF ICSOBA ABSTRAGTS, Yugoslavia, 1983 .

21. CadikovG, Tastanov.E.A, Abshapparov A. and Thermal caustifikation of Hich-Fervirais Siderated Bauxites in Reprocessihg TRAVAUX; vor 16-17 1986/87.

22. Abshapparov A., Romanow L.G. Zur komplexen Verarbeitung von Kohlenaschen «Erzmetall42 (1989) Nr.ll . S.525

23. Абжаппаров А., Нурмагамбетов Х.Н., Исаков У.И Вторичны потери глинозема при гидрохимической обработке спеков. Сборни .КазПТИ "Металлургия и металловедение" N7, Алма-Ата, 1978..

.24. Исследование алюмосиликатов с красным шламом пр] восстановительно-окислительном спекании для уменьшения вторичны: потерь Тезисы докладов Республиканской конференции на тему "Научно технические проблемы комплексного использования полезны

ископаемых", Джезказган, 1982.

25. Байысбеков Ш.Б, Абжаппаров А. Использование углисты: внутренних вскрышных пород Экибастузского угольного месторождения: производстве глинозема - Труды Республиканской наушо-лрактическо; конференции молодых ученых и специалистов да тему: Проблем! комплексного использования минерально-сырьевых ресурсов Павлода Экибастузского территориального производственного комплекс« гЛавлодар, 1979.

26. Абжаппаров А., Даулеткулов А.Б. Моделирование рентгендифрак тометрической информации с помощью пакета программ «Каолин-3>; Труды международной конференции «Экология и устойчивое развитие); Петропавловск, 1998,

27. Абжаппаров А., Нурмагамбетов Х.Н. Способ получения глинозема. Авторское свидетельство N734953, опубл.в Б.И., 1980.

28. Волкова Е.В., Абжаппаров А. и др. Способ очистки алюминатны: растворов от органических веществ - Авторское свидетельство, N 106777 1985.

29. Абжаппаров А., Ким С.К. и др. "Способ переработки минерально] части углей" Авторское свидетельство N1733380,1992.

30. Абжаппаров А., Маженов М.А. и др. Способ переработю минеральной части углей - Патент Республики Казахстан № 5981 Бюллетень № 2,1998.

44

ЭБД1МУТЭЛ1П ЭБЖАППАРОВ

"Казаксташшд курамында алюминий тотыгы бар сапасы темен шиюзатын кешенд! кайта ондеудщ физикалык-химиялык непздер! мен

технологиясы"

Диссертациялык жумыс алюминий тогытын ещцру саласына урамында алюминий тотыгы бар сапасы темен шиизат квздерш 1рту жолымен 1р1 гылыми жэне халык шаруашылыш проблемаларын [ешувд карастырады.

Теорияльщ зерггеулердщ непзшде алюминий силикаттарын косу жылы кызыл шыламды кайта евдеудщ тэсшдер1, Егабастуз кемтрипн, улш кайта евдеудщ сульфат-натрийлык тэсш, алюминишн этндтерд1 органикалык коспалардан тазартудыц тэсш эз!рленд1 вне" усынылды.

Эртурл1 шихталарды б1р1кпрудщ багалы компоненттерд1 негурлым элык алуды камтамасыз етет!н технологиялык режимдер1 аныкталады.

К,ызьш шыламды алюминий скликатымен б^рге кайта ендеудщ жасалды.

Ленинградтьщ ВАМИ тэж1рибе зауытында ПАЗ-дьщ байерлк ызыл шьшамын "АР-З" саз балшыгымен коса б1рлесш кайта ендеу :енщде жартылай енеркэсштк сынак журпзшдь Жартылай неркэснтк сынак бурынгы КСРО Туст1 металлургия министрлтнщ йлеспру жоспарына орындалды. Эз^рленген технология енеркэсшке. ¡тзуге дайындалды.

Зертааналык зерттеулер мен жартылай енеркэсштж сынактардыц этижесшде Павлодар алюминий зауытында мыяадай техникалык генпмдер мен технологиялык эдютер:

- К,ызылоктябрь бокситтерш уатудыц жене усактаудыц режимдк гартгары;

- кап компонента шихталарды калпына келт1рулк этыктырулык б1ркт1рудщ уйлешцц параметрлер^-

- б!ркпршмд1 гидрохимиялык кайта ендеудщ шепнде екшня ;эрте шышнды темендетуте арналган технологиялык режим;

- б1рш1ру шихтасына алюминий ещцрудщ технологиялык ерсеткштерщ жаксартуды камтамасыз ететш сштшердщ шыгынын теу ушш теменп сортты бокситтерд! косу енпзщц.

Жогарьща керсетшген Э31рлешмдерд1 Павлодардьщ "Кдзакстан люминийГ А1\ - ы алюминий зауытына енпзуден экономикалык шмдшк 2,6 млн. тецгеш курады.

Диссертациялык жумыста баяндалган техникалык шеннмдердщ эдалыгы 4 авторлык куэлклен жэне К,азакстан Республикасыньщ б1р атетшен расталды.

ABDUMUTALIP ABZHAPPAROV

"Physical and chemical basics, technology of integrated processing of

lowquality aluminum oxide bearing raw materials of Kazakhstan".

The dissertation paper stipulates the solution of a significan research and economic problem through involvement into aluminiun oxide production of low-quality aluminium oxide raw materials.

On the basis of theoretical research, ways to process hematite witl additives of aluminosilicate, as well as sulphate - sodium type o Ekibastuz copper ash processing and purification of aluminate solutior from organic admixture are worked out and proposed. ■

Technological regime of caking different stocks to provide th< utmost extraction of valuable components is defined.

Method of combined hematite processing with aluminosilicate i: defined.

Semicomercial tests for combined processing of Bayer hematite a the Pavlodar Aluminum Works (PAW) with AR-3 loam at the VAM (Leningrad) are carried out.

These tests were accomplished in pursuance with FSU MFIV Coordination Program. The developed technology is ready fo industrial introduction.

As a result of laboratory research and semicomercial test thi following technical decisions and technological methods have beei introduced in PAW:

- operating conditions of crushing and grinding of Krasnoktyab bauxites;

- best parameters of reduction-oxidation caking of multicomponen stocks;

- technological regime to reduce secondary losses with in th< hydrochemical cake processing conversion;

- addition into the caking stock of low-quality bauxite t( compensate alkali losses, which contributed to the improvement o technological performance of aluminium oxide production.

Commercial effect of introducing the above developments a "Aluminium of Kazakhstan PAW.JSC" has made 2.6 mln. tenghe.

The novelty of technical decisions presented in the thesis i confirmed by 4 inventors certificates and one patent of the Republic o Kazakhstan. 46

АБЖАППАРОВ Абдумуталип

ФИЗИКО-ХИМИЧЕСКИЕ ОСНОВЫ II ТЕХНОЛОГИЯ КОМПЛЕКСНОЙ ПЕРЕРАБОТКИ НИЗКОКАЧЕСТВЕННОГО ГЛИНОЗЕМСОДЕРЖЛЩЕГО СЫРЬЯ КАЗАХСТАНА

05.16.03 - Металлургия цветных и редких металл on

АВТОРЕФЕРАТ диссертации на соискание ученой степени доктора технических паук

Подписано в печать 08.09.1998 г. Формат 60x841/16. Усл. печ. л. 2,8. Уч. изд. л. 3,2. Тираж 160 экз. Заказ №5890

Министерство информации и общественного согласна Республики Казахстан Республиканское Акмолинское производственное обт-едипение "Полиграфия, 1998 г., 473000, г. Астана, ул. Бейбитшилик, 25.