автореферат диссертации по металлургии, 05.16.02, диссертация на тему:Комплексная переработка глиноземсодержащего сырья и отходов глиноземного производства с использованием низкотемпературного спекания

На правах-рукописи

Ордон Сергей Федорович

КОМПЛЕКСНАЯ ПЕРЕРАБОТКА ГЛИНОЗЕМСОДЕРЖАЩЕГО СЫРЬЯ И ОТХОДОВ ГЛИНОЗЕМНОГО ПРОИЗВОДСТВА С ИСПОЛЬЗОВАНИЕМ НИЗКОТЕМПЕРАТУРНОГО СПЕКАНИЯ

Специальность 05.16.02 - Металлургия черных, цветных и редких металлов

АВТОРЕФЕРАТ Диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

16 ПАП ДИЗ

0050591Ь/

Екатеринбург - 2013

005059162

Работа выполнена в филиале «Богословский алюминиевый завод Сибирско-Уральской алюминиевой компании» и кафедре «Металлургия легких металлов» ФГАОУ ВПО «Уральский федеральный университет имени первого Президента России Б.Н. Ельцина»

Научный руководитель: кандидат технических наук, профессор

Логинова Ирина Викторовна

Официальные оппоненты: Кожевников Георгий Николаевич, доктор технических

наук, профессор, ФГБУН Институт металлургии УрО РАН, заведующий лабораторией электротермии

Сабирзянов Наиль Аделевич, доктор технических наук, ФГБУН Институт химии твердого тела УрО РАН, ведущий научный сотрудник лаборатории гидрохимии гетерогенных процессов

Ведущая организация: ФГАОУ ВПО «Сибирский федеральный университет».

г. Красноярск

Защита диссертации состоится «17» мая 2013 в 15.00 на заседании диссертационного совета Д 212.285.05 на базе ФГАОУ ВПО «Уральский федеральный университет имени первого Президента России Б.Н. Ельцина» по адресу: 620002, г. Екатеринбург, ул. Мира, 28, третий учебный корпус, ауд. Х-509.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке ФГАОУ ВПО «Уральский федеральный университет имени первого Президента России Б.Н. Ельцина»

Автореферат разослан « 16 » апреля 2013 г.

Ученый секретарь диссертационного совета профессор, доктор технических наук

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность темы. Особенностью производства глинозема в России является использование в качестве сырья как высококачественных, так и низкокачественных бокситов. Особенности их минералогии и связанные с этим требования к аппаратурному оформлению технологических схем влекут значительное увеличение себестоимости. Для достижения конкурентоспособности производства необходимо добиваться снижения издержек на стадии переработки боксита на глинозем. Последнее может быть достигнуго за счет снижения общих энергозатрат, упрощения технологической схемы производства, снижения потерь полезных компонентов (глинозема и щелочи) с отвальным красным шламом, комплексным использованием продуктов переработки. Поскольку решению именно этих вопросов посвящены выполненные автором исследования, то выбранная тема работы является актуальной.

Целью работы является:

1. Изучение технологии автоклавной переработки бокситов Тимана;

2. Разработка способа и технологической схемы переработки бокситов на глинозем с использованием технологии низкотемпературного спекания. Изучение возможности использования данного способа при переработке бокситов Тимана и СУБРа, сравнение показателей способа с показателями способа Байера.

3. Изучение вопросов снижения потерь глинозема и щелочи с красным шламом на основе процессов, происходящих при низкотемпературном спекании, и получения красных шламов с минимальным содержанием вредных для пирометаллургической переработки компонентов.

В соответствии с поставленной целью были определены основные задачи:

1. Оценить эффективность переработки бокситов Тимана по способу Байера на основе основного технологического передела - автоклавного выщелачивания;

2. Оценить пригодность получаемых красных шламов к пирометаллургической переработке;

3. Разработать метод переработки бокситового сырья с получением шламов с минимальным содержанием вредных для пирометаллургической переработки компонентов;

4. Оценить возможность комплексного использования бокситового сырья;

5. Опробовать технологию низкотемпературного спекания на небокситовом сырье.

Научная новизна работы. Определены температурный и концентрационный режим

автоклавной переработки бокситов Тимана, влияние минерального состава на полноту извлечения глинозема.

Впервые предложен способ низкотемпературного спекания бокситов, позволяющий вовлекать в переработку красные шламы, получаемые по технологии Байера. Показана возможность и условия прохождения реакций образования соединений алюмината натрия, феррита натрия и силиката натрия в спеках при использовании каустической щелочи. При выщелачивании таких спеков вторичных потерь глинозема и щелочи в виде ГАСН не происходит, что позволяет снизить потери глинозема и щелочи с отвальным шламом.

Впервые показана применимость метода низкотемпературного спекания для небокситового сырья.

Практическая ценность выполненной работы. На основании экспериментальных данных определены технологические параметры автоклавного выщелачивания бокситов Тимана. Предложена и экспериментально опробована схема комплексной переработки глиноземсодержащего сырья. Выполнен сравнительный анализ технологии переработки бокситов по способу Байера и низкотемпературному спеканию. Показана возможность переработки бокситов Тимана по способу низкотемпературного спекания с достижением высоких показателей товарного выхода глинозема. С помощью методов математического моделирования выполнен расчет основных технологических показателей, который показывает возможность получить значительный экономический эффект при внедрении предлагаемой технологии.

Методика исследований. В исследованиях использованы различные физико-химические методы анализа (весовой, объемный, рентгенофазовый, дифференциально-термический, ИК - спектроскопии и масс-спектрометрии). Обработку полученных результатов проводили с использованием методов математического моделирования.

На защиту выносятся:

1. влияние минерального состава и технологических параметров на результаты автоклавного выщелачивания бокситов Тимана;

2. технология низкотемпературного спекания при совместной переработке бокситов и красных шламов ветви Байера;

3. определение условий получения соединений алюмината натрия, феррита натрия, силиката натрия в спеках при использовании каустической щелочи;

4. данные о влиянии температуры процесса и состава исходной шихты на извлечение глинозема и щелочи из спеков;

5. результаты исследований о возможности использования низкотемпературного спекания для переработки на глинозем пебокситового сырья;

6. предложенная технологическая схема процесса.

Апробация работы. Основные результаты диссертационной работы доложены на международных конференциях «Алюминий Урала - 2003», (г.Краснотурьинск. 2003 г.), «Алюминий Сибири-2005» (Красноярск, 2005 г.), международном симпозиуме "1С80ВА-2004" «Алюминиевая промышленность в мировой экономике: проблемы и перспективы развития« (С-Петербург, 2004), научно-практической конференции «Металлургия и образование на Урале» (Екатеринбург: ГОУ ВПО «УГТУ-УПИ», 2005 г) и др.

Публикации. По результатам работы опубликовано 11 научных работ, в том числе 2 статьи в рецензируемых журналах, рекомендованных ВАК, получен патент на изобретение.

Состав и объем работы. Диссертационная работа состоит из введения, 4 глав, заключения, библиографического списка, включающего 123 наименований работ отечественных и зарубежных авторов. Работа изложена на 124 страницах машинописного текста, содержит 17 рисунков, 39 таблиц и 3 приложения.

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ Во введении обоснована актуальность темы диссертации, сформулированы цели и задачи работы, указана ее научная новизна и практическая значимость.

В первой главе приведен анализ современного состояния теории и практики получения глинозема по схеме Байера, способу спекания и их комбинированным вариантам. Наибольшее количество технических решений по совершенствованию данных процессов сводится к усовершенствованию аппаратурного оформления и вопросам экономии энергоресурсов. Выполнен анализ термических и кислотных способов переработки на глинозем небокситового сырья, глин, шлаков.

Постоянным продуктом всех процессов выщелачивания в глиноземном производстве являются красные шламы, в которых содержатся такие ценные компоненты, как оксиды железа, алюминия, кремния, кальция, титана, натрия, редких и редкоземельных металлов. Накопление шламов соизмеримо с объемом выпуска глинозема, что представляет угрозу экологии. После проведения многочисленных исследований были предложены способы и приемы переработки красных шламов на чугун, строительные материалы, глинозем и РЗМ. Однако эти предложения не находят промышленного применения, в основном из-за низкой экономической привлекательности и длительных сроков окупаемости инвестиций. Одним из основных направлений развития технологии производства глинозема в России в последнее десятилетие является разработка технологии переработки бокситов Среднего Тимана.

Выполненный анализ теории и практики существующих способов получения глинозема, перспективной сырьевой базы Уральских заводов позволил сформулировать следующие задачи настоящего исследования:

1. Изучение закономерностей автоклавного выщелачивания бокситов Тимана и оценка качества получаемых красных шламов к пирометаллургической переработке;

2. Разработка технологической схемы производства глинозема на основе способа низкотемпературного спекания;

3. Разработка технологической схемы комплексной переработки бокситов с использованием способа низкотемпературного спекания;

4. Опробование способа на различных бокситах и небокситовом сырье.

Во второй главе приведены результаты исследований технологии выщелачивания Тиманских бокситов. Выполнены исследования по автоклавному выщелачиванию типичных проб бокситов СТБР, поступающих в производство на БАЗе. Определено влияние дозировочного модуля (рисунок 1), концентрации оборотного раствора (рисунок 2) на извлечение глинозема в условиях действующего производства.

Химический выход, % от теор.

97

96"

95"

94"

93 "

92"

91 -1-1-г~-'-1-1-

1,5 1,52 1,54 1,56 1,58 1,6 1,62 Дозировочный модуль, ед.

Рисунок 1 - Зависимость химического выхода Л120з от дозировочного модуля

Химический выход, % от теор.

99-

98" 9796959493 -92--

285

290

295 300

Ка20 ку, г/л

305

310

Рисунок 2 - Зависимость химического выхода АЬОз от концентрации оборотного раствора

Изменение адоз на в пределах 1,52 - 1,6 ед приводит к соответствующему изменению химического извлечения на 2,0 % от теоретически возможного. Повышение концентрации оборотного раствора на 5 г/дм3 приводит к увеличению химического извлечения на 1 % от теоретически возможного.

Выполнены исследования по определению оптимальных технологических параметров при автоклавном выщелачивании бокситов СТЕР с использованием синтетических щелочно - алюминатных растворов различных концентраций.

Таблица 1 - Химический состав боксита Тимана, % масс.

Материал АЬОз БЮг Ре2Оз РеО со2 СаО П.п.п. ТЮ2 М5ь ед

Боксит Тиман 52,64 4,86 27,23 1,62 0,05 0,17 10,81 з 10,83

Результаты опытов по автоклавному выщелачиванию бокситов СТБР представлены в таблице 2. В верхней строке представлены результаты по выщелачиванию боксита с добавкой СаО, в нижней строке - без СаО.

Таблица 2 - Извлечение АЬОз в различных условиях выщелачивания, %

Концентрация Температура, "С

N320, г/л 180 200 220 235

300 73 83,4 81,6 81.8

75 83,3 82 86

250 71,6 81,8 80,6

67 81,3 79,7

200 82,4 79,7 80,2

83 79,1 80,2

150 75,6

73,8

Содержание Ыа20 в шламах изменяется в пределах 2,9 - 3,6 %. Влияние времени

выщелачивания на извлечение глинозема определено на примере опыта по выщелачиванию при 200 °С и 300 г/дм3 ИагО (рисунок 3).

Рисунок 3 - Влияние времени выщелачивания на извлечение глинозема с добавкой СаО и без добавки СаО

Зависимость полноты извлечения глинозема от времени выщелачивания и температуры свидетельствует о том, что процесс протекает в диффузионной области. Данные зависимости были широко изучены при исследованиях бокситов СУБРа. Наши исследования, проведенные на новом виде сырья, где основным глиноземсодержащим минералом является бемит, подтверждают протекание реакции его растворения в диффузионной области.

Кроме того, с учетом полученных данных, можно сделать вывод о том, что выщелачивание Тиманского боксита можно вести при температурах 200 - 220 °С и концентрации К'агСЦ оборотного раствора 260 - 270 г/дм3, что с учетом разбавления раствора в промышленных условиях влагой боксита и конденсатом острого пара соответствует концентрации в автоклавах 200 - 220 г/дм3.

Красные шламы также анализировались методом ИК - спектроскопии. На ИК -спектрограмме определены спектры поглощения шамозита, ГАСН, алюминиевого и алюможелезистого гидрогранатов (рисунок 4).

выщелачивании боксита Тимана.

Наличие в шламе неразложившегося шамозита, в состав которого входит А1203, объясняет низкое извлечение А120з (теоретическое извлечение 91,5%).

Разложение шамозита могло бы увеличить извлечение А1203 при автоклавном выщелачивании, поэтому были проведены исследования по выщелачиванию боксита с добавкой окислителя - натриевой селитры ЫаШ3. Предполагалось, что окислит

содержащийся в шамозите РеО разрушая кристаллическую решетку минерала и позволяя доизвлечь А1203. Полученные результаты после выщелачивания боксита при 235 °С и 300 г/дм3 Иа20 показали, что добавка окислителя до 20 % к массе боксита не приводит к увеличению извлечения глинозема.

Определено влияние состава шамозита (содержания РеО) на извлечение глинозема и потери щелочи со шламом (рисунки 5, 6). Наибольшее извлечение А1203 достигнуто при

выщелачивании боксита с меньшим значением РеО что определяется свойствами шамозита: разложение глубокоокисленного шамозита (РсО<1%) начинается уже в процессе предварительной выдержки при 90°С, а малоокисленный (содержание РеО -11,5%) разлагается на 90 % только в автоклавах при 300 °С. При добавлении извести химический выход А12Оз снижается.

п. г о оттсор. 102

от твор тгсттвср. (о^вСаО) . .

- Лйи«йи*я (г)оттгор (ЗЧ4СаО>)

- ¿Ьдоефняя Споттвор. (С^ЬСаО»

РеО, °о

Рисунок 5 - Зависимость химического выхода глинозема от содержания РеО в боксите При увеличении РеО в боксите снижаются относительные потери щелочи со шламом вследствие меньшей степени разложения шамозита в данных условиях выщелачивания. При дозировке к бокситу СаО (3%) получен алюминатный раствор с более высоким кремневым модулем.

Мя20'«102. »д. 1.0 .

|<Я1. ед.

150

» n320/2)02 (зм.оо) « К»20/2Ю2 С0ИС»О)

и31 сзвлсяо> ' с0°уьсяо)

РеО.Ч'а

10 11

Рисунок 6 - Потери щелочи и степень обескремнивания от содержания РеО в боксите

На основании выполненных исследований можно сделать следующие основные выводы о технологии автоклавной переработки бокситов Тимана:

- выщелачивание бокситов можно проводить при температурах 200 - 220 °С и концентрации Ыа20ку оборотного раствора 260 - 270 г/дм3;

- определяющим фактором полноты извлечения глинозема из боксита является количество и состав шамозита, содержащегося в боксите;

- дозировка СаО не приводит к увеличению извлечения глинозема из боксита, для бокситов с высоким содержанием шамозита наоборот снижает извлечение;

- шамозит является химически стойким минералом и полностью не разлагается в условиях автоклавного выщелачивания даже с применением окислителей;

Третья глава посвящена исследованию технологии низкотемпературного спекания бокситовых шихт.

Основные химические реакции можно описать следующими формулами:

Стехиометрия этих реакций обуславливает необходимость обязательного выдерживания в шихте молярных отношений Ка20/(А120з+ Ре20з+ БЮ2) = 1 для обеспечения полноты их прохождения.

Поскольку образование феррита натрия происходит быстрее, то часть алюмината натрия может образовываться путем замещения в составе алюмината молекулами АЬО; молекул Ре203, аналогично процессу, происходящему при спекании шихт с содой.

Химическая реакция имеет следующую формулу:

Стехиометрия реакции 4 определяет молярное отношение Ре20з/А120з = 1. Фактическое отношение Ре20з/А120з в исследуемых шихтах и спеках составляет 0,42 - 0,44 ед., что подтверждает образование алюмината натрия по реакции 3. Образование алюмината натрия через феррит натрия может ускорять процесс образования алюмината натрия. Высвободившийся Ре2Оз в результате прохождения реакции 4 может вновь участвовать в реакции 1, что обеспечивается общей дозировкой свободной щелочи. Для моделирования технологического процесса молярное отношение Ре20з/А120з шихты принято из расчета 0.30,5 ед.

Термодинамические расчеты вероятности образования алюмината натрия, феррита натрия и силиката натрия при низкотемпературном спекании шихты в присутствии каустической щелочи подтверждают возможность протекания данных реакций (таблица 3).

2КтаОН + Ре203 = 2КаРеОг + Н20 2№ОН + БЮг = №25Ю3 + Н20 2КаОН + А1203*Н20 = 2К'аАЮ2 + 2Н20

О) (2) (3)

2№РеОг+ А120з*Н20 = 2КаАЮ2 + Ре203 + Н20

(4)

Таблица 3 - Значение энергии Гнббса и константы равновесия реакции при различных

температурах, кДж.

1 Реакция і Реакция 2 Реакция 3 Реакция 4

1 г. к Дбреак К Авреак К Авреак К ДОрж К

298 -15,351 490,9 -88,609 3,412*1015 -21,977 7120,5 -6,216 12.29

398 -18,685 283,4 -90,324 7,168*10" -28,297 5176,4 -9,092 15,61

498 -22,399 223,7 -92,579 5,144* 10ч -33,398 3187,0 -12,315 19,58

598 -25,464 167,7 -94,331 1,739*108 -38,877 2489,6 -15,613 23,11

698 -24,645 69,90 -92,311 8,103*10" -42,285 1461,0 -18,917 26.05

798 -24,104 37,84 -90,639 8,579*105 -47,482 1283,1 -22,462 29,54

898 -24,088 25,19 -89,494 1,607* 10і -54,245 1430,6 -26.295 33.86^

Лабораторные исследования проводились с бокситами Тимана и СУБРа, с отвальным красным шламом ветви гидрохимии БАЗ.

Таблица 4 - Химический состав бокситов и красного шлама, % масс.

Материал АЬОз БіОз Ре203 со2 СаО N320 влага ! М ел I

Боксит Гмман 48,29 6,87 29,56 0,46 0,45 16 7,03 ;

Боксит С'УЬР 51,7 3,5 20,9 5,1 5,2 8,5 14,8 |

Кр. шлам 15,03 8,1 44,08 12,2 2,55 і

Эксперименты по низкотемпературному спеканию проведены с шихтами разного состава на основе боксита Тимана, красного шлама с добавлением раствора каустической щелочи и оборотного раствора. Спекание проводилось при температурах 400-700 °С

Таблица 5 - Химический состав продуктов, полученных при низкотемпературном

спекании боксита Тимана, % масс.

т, Химический 1УЫ 1

ппп АЬ203 СаО БЮг Ре203 №20 выход, % р-ра. | ед. |

°С А1^03 Ыа20

Шихта (10 % шлама) 17,7 27,0 1,5 4,1 18,4 28,2 88,89 98.87 29,2 1

Спек 400 4,5 31,6 1,5 4,7 21,7 33,1

Шлам 7,6 9,1 3,2 9,8 56,2 0,97 !

Шихта (10 % шлама) 11,9 29,6 1,5 4,5 20,2 30,8 89,59 98.91

Спек 500 3,6 32,3 1,4 5,1 21,9 33,7

Шлам 8.2 8,6 3,3 9,8 56,2 0,94

Шихта (10 ! % шлама) 10,9 30,0 1,3 4,6 19,9 31,2 90,86 98,93

Спек 600 2,7 32,8 1,3 5,06 22,6 34,2

Шлам 8 7,9 3,2 9,9 59,4 0,96

Таблица 5 (продолжение) - Химический состав продуктов, полученных при

низкотемпературном спекании боксита Тимана, % масс.

т, °С ППП АЬ203 СаО ЭЮг РегОз №20 Химический выход, % * 12 1

АЬ2О3 №20

Шихта (10 % шлама) 700 9,8 30,1 1,3 4,86 20,1 31,9 91,08 98,89 23,8

Спек 2,7 33,0 1,3 5,2 22,5 34,3

Шлам 8,4 7,6 3,1 10,1 58,0 0,98

Шихта (20 % шлама) 700 7,1 28,8 2,1 5,0 22,6 31,7 90.17 98,68 25,0

Стек 2,5 30,8 2,4 5,2 23,6 33,6

Шлам 8,4 7,4 5,1 10,1 57,5 1,08

Шихта (40 % шлама) 700 8,5 24,8 3,6 5,3 25,1 30,4 87,50 98,26 30,0

Спек 2,1 26,7 3,7 5,6 26,4 32,5

Шлам 7,9 7,2 7,9 10,3 56,8 1,22

Шихта с обороти, р-ром 700 7,7 33,0 1,2 4,6 21,4 32,6 91,86 98,92 42,6

Спек 2,5 36,2 1,4 4,9 23,9 35,8

Шлам 11,2 7,3 3,3 10,3 59,2 0,96

Образование алюмината, феррита и силиката натрия подтверждено рентгенофазовым анализом (рисунок 7) и методом ИК - спектроскопии.

Рисунок 7 - Рентгенограмма спека, полученного при 400 °С Анализ ИК - спектрограмм (рисунок 8), рентгенофазовый анализ (рисунок 9) и дифференциально-термический анализ (рисунок 10) свидетельствуют об отсутствии вторичных потерь щелочи с красным шламом в соединениях типа ГАСН, различных структур гидрогранатов.

Рисунок 8 - ИК-снектр красного шлама от выщелачивания опека, полученного при 400 °С

г,««

1,31»

І

'Л: ■ > -- '-Ч

Рисунок 9 - Рентгенограмма красного шлама от выщелачивания полученного при 400°С

спека,

о««» у .- б еад •/.

V "0 540%

о— ^^^^ <вофі»ов>ос

і

^ имш й. і .....

Рисунок 10 - Дериватограмма красного шлама от выщелачивания спека, полученного при 400°С.

Наличие в составе шлама гидроксида железа объясняется прохождением реакции гидролиза феррита натрия по реакции:

№РеОг + НгО = РеООН + ЫаОН (5)

У

А12Оз. г/л

Рисунок 11 - Зависимость изменения лабильной (III), метастабильной (II) и равновесной (I) относительно FACH концентрации SiC>2 в алюминатных растворах Отсутствие вторичных потерь щелочи с красным шламом объясняется химическим составом раствора, который обеспечивает удержание растворенного кремнезема в алюминатом растворе в метастабильной области II (рисунок 11). При разбавлении полученного раствора кремнезем остается в растворе.

Для растворов, применяемых в производстве, границами метастабильной области являются кремниевые модули растворов, приведенные в таблице 6.

Таблица 6 - Границы метастабильной области концентрации Si02 в алюминатных

растворах

Концентрация АЬОз алюминатного раствора, г/дм3 Концентрация Si02 на границе равновесной области, г/дм3 Msi на границе равновесной области, ед Концентрация S1O2 на границе лабильной области, г/дм'1 Msi на границе лабильной ! области,ед

Y=5,34T0*7-X2'778 У=2,98ТО^-Х2'109

90 0,14 627,79 3,9 23

110 0,25 439,40 6,0 18

130 0,40 326,49 8,6 15

150 0,59 253,14 11,6 13.....

170 0,84 202,64 15,1 ! 11

Фактический кремневый модуль, полученный при выщелачивании спеков (таблица 5), находится в метастабильной области концентрации БЮ2 в алюминатных растворах, что теоретически подтверждает отсутствие потерь щелочи со шламом при образовании ГАСИ.

Исследования по низкотемпературному спеканию проведены шихт на основе боксита СУВРа с разной долей красного шлама, с добавлением раствора каустической щелочи или оборотного раствора проводились при температурах 400 - 700 °С (таблица 7).

Таблица 7 - Химический состав продуктов, полученных при низкотемпературном спекании боксита СУБРа, % масс.

т, °С ППП АЬ20з СаО ЭЮ2 Ре203 №20 Химический выход, % Мзі р-ра, ед.

АЬОз №20

Шихта (10 % шлама) 400 17,9 30,6 4,0 2,3 14,8 27,1 73,46 98,52 36,9

Спек 8,1 33,6 4,7 3,1 16,8 30,6

Шлам 18,3 19,1 9,0 5,2 35,9 0,97

Шихта (10 % шлама) 500 15,4 32,5 4,0 2,6 15,1 28,6 77,21 98.63 43,1

Спек 6,5 35,5 4,8 2,8 16,6 31,2

Шлам 18,2 9,6 5 37,3 0,96

Шихта (10 % шлама) 600 13,8 33, 4,0 2,7 14,8 29,1 80,64 98,76 32,8

Спек 6,1 35,9 4,8 3,2 16,6 31,9

Шлам 17,4 11,0 5,9 41,7 0,99

Шихта (10 % шлама) 700 13,5 33,1 4,0 2,9 15,1 29,2 81,40 98,76 36,5

Спек 5,3 36,2 4,8 3,0 17,0 31,8

Шлам 16,8 10,8 5,4 42,4 0,98

Шихта (20 % шлама) 700 17,1 28,4 4,5 3,1 17,5 27,7 79,55 98.51 30,5

Спек 5,2 33,4 4,8 3,2 18,9 31,4

Шлам 15,9 11,5 5,6 44,1 1,09

Шихта (40 % шлама) 700 15,1 25,8 5,6 3,8 20,1 27,6 72,72 97,88 28,8

Спек 4,7 28,4 6,1 4,1 22,3 30,6

Шлам 15,7 12,0 6,9 45,2 1,31

Шихта с оборотным раствором 700 11,2 33,7 1,2 2,5 16,5 29,8 80,20 98,59 70,6

Спек Шлам 2,5 37,1 1,4 2,6 18,7 32,8

16,5 13,0 4,8 42,0 1,04

Ренттенофазовый анализ спека (рисунок 12), подтверждает образование соединении алюмината натрия, феррита натрия и силиката натрия. В спектрах обнаруживается диаспор.

что свидетельствует о неполном прохождении реакций. Относительно низкое извлечение глинозема из спека, полученного при 400 °С объясняется тем, что диаспор является более трудновскрываемым минералом.

еио аш

1,71»

Р

імш

I

'Іи^Мц^і

Рисунок 12 - Рентгенограмма спека, полученного при 400 °С.

Рентгенофазовый анализ (рисунок 13), дифференциально-тремический анализ (рисунок 14), свидетельствуют об отсутствии вторичных потерь щелочи с красным шламом в соединениях типа ГАСН, различных структур гидрогранатов.

.. л .'-!

Л.; г/.^ л ^-

ІЛІ,'

т

ІЛМ •{«,

І і! Ц

'1.4«

. і ,

Рисунок 13 - Рентгенограмма красного шлама от выщелачивания спека, полученного при 400°С

Рисунок 14 - Дериватограмма красного шлама от выщелачивания спека, полученного при 400°С

С целью сравнения показателей извлечения глинозема и потерь щелочи способа низкотемпературного спекания и способа Байера были выполнены опыты по автоклавному выщелачиванию исходной пробы боксита Тимана. Извлечение глинозема составило 81,4% против 91,86 %, содержание №20 в шламе составило 6,2 % против 0,96 % в шламе, полученном по способу низкотемпературного спекания, т.е. выше в 6,4 раза.

Для сравнения со способом спекания 1рехкомпонентаой шихты были выполнены лабораторные исследования с бокситами Тимана и ВКБ СУБРа. Степень извлечения глинозема из спека трехкомпонентной шихты при стандартном выщелачивании составила 89,2 - 91,5 %, щелочи 97,3 - 97,6 %, что сопоставимо с результатами, полученными способом низкотемпературного спекания.

Выполнены исследования по возможности применения технологии низкотемпературного спекания к переработке небокситового сырья. Лабораторные исследования проводились с глиноземсодержащим шлаком от выплавки алюминиевых сплавов (таблица 8).

Таблица 8 - Химический состав шлака, % масс.

Материал А1203 8Ю2 Ре20з ТЮ2 МвО СаО Ка20 ЯОз Мя,ед |

Шлак 54,8 10,3 3,3 2,3 8,5 2,0 0,41 0,28 5,32 |

Эксперименты по низкотемпературному спеканию проводились при температуре 700°С с добавкой различного количества красного шлама (таблица 9).

Таблица 9 - Химический состав продуктов, полученных при низкотемпературном спекании шлака, % масс.

ППП АЬ20з ТЮ2 СаО MgO ЭЮг Ре2Оз №20 Химический выход, % Мбі р-ра, ед.

АЬ2Оз №20

Шихта 60% шлака 15,2 27,3 2,4 3,8 3,4 5,9 13,4 28,2 78,01 98.36 60,2

Спек 2,5 31,3 2,8 5,0 4,0 7,0 16,0 32,6

Шлам 15,2 5,2 9,9 8,7 14,4 35,3 1,18

Шихта 40% шлака 14,2 22,3 2,8 5,0 4,0 6Д 18,5 27,4 75,69 97,98 46,8

Спек 2,5 25,0 2,8 5,0 4,0 6,7 22,5 31,1

Шлам 11,9 5,8 11,5 5,6 12,3 44,1 1,23

Для сравнения проведен эксперимент по спеканию глиноземсодержащего шлака на основе двухкомпонентной и трехкомпонентной шихты с дальнейшим их выщелачиванием. Степень извлечения глинозема и щелочи в опытах не превышает 65,4 % и 87,7 % соответственно. Таким образом, способ низкотемпературного спекания является приоритетным для данного вида небокситового сырья.

На основании выполненных исследований можно сделать следующие основные выводы о технологии низкотемпературного спекания:

- обязательными условиями прохождения реакций образования растворимых соединений и обеспечения максимального извлечения глинозема является выдерживания в шихте молярных отношений №20/(А120з+ Ре20з+ 8102) = 1 и РегОч/АЬОз = 0,3 - 0,5;

- исключение вторичных потерь глинозема с красным шламом обеспечивается химическим составом раствора, который обеспечивает удержание растворенного кремнезема в алюминатном растворе в метастабильной области;

- проведен термодинамический анализ вероятности образования феррита натрия, алюмината натрия и силиката натрия при низкотемпературном спекании шихты при замене соды на каустическую щелочь. Сформулирована основная суммарная реакция образования алюмината натрия через феррит натри«, подтверждающее его каталитическое действие в данной реакции. Рассчитана энергия Гиббса прохождения всех изучаемых реакций. Уменьшение энергии Гиббса с повышением температуры подтверждает возможность протекания данных реакций в интервале выбранных температур;

- шамозит, находящийся в боксите Тимана полностью разлагается, что обеспечивает большее извлечение глинозема из боксита;

- технология позволяет вовлекать в производство красный шлам, полученный способом Байера;

- технология пригодна также для переработки не бокситового сырья, при этом достигаются лучшие показатели по извлечению глинозема;

- сравнение полученных результатов со способами автоклавного выщелачивания и спекания 3-х компонентной шихты показывает более высокие показатели предлагаемой технологии.

Четвертая глава описывает принципиальную технологическую схему реализации технологии низкотемпературного спекания (рисунок 15) и ее принципиальные отличия от применяемых сегодня аппаратурных схем.

Боксит

I

Дробление

-1 I *-

Мокры^ размол Выщелачивание Разбавление пульпы ^ Сгущение_

Обжиг і

— Известь

1

Алюминатный раствор Красней шлам Фильтрация

ІЛ

Декомпозиция

I

Классификация гидроксида алюминия 1родукционньгЙ гвдроксидЗагравочный гидроксяд

I

Каустик

Дробление

I I

Подготовка шихты

I

Низкотемпературное спекание

ереп^р Спек

* Г

Выщелачивание

-Вода

♦ *

Алюминатный раствор Красный шлам-

і *-

Обескремнивание

Нійссіцич

Обесшелачивание і

Шлам в ЧМ

Промывка

ил алюминия

Гидрокси^т

Кальцинация Глинозем

Пром вода

Фильтрация—* идроксид алюминия Маточный раствор

* Выпарка Отделение соды

Белый шлам

—V I

Подготовка шихты

Спекание

*

Дробление

Выщелачивание *-*

Шлам в Алюминатный раствор производство цемента I_

Оборотный раствор

Сола

Известь і

►Каустификация"

Содовый раствор

Рисунок 15 - Технологическая схема производства глинозема

Технологическая схема состоит из двух параллельных ветвей - гидрохимической и ветви низкотемпературного спекания. Ветки сбалансированы по своей мощности таким образом, чтобы весь красный шлам ветви Байера направлялся в ветвь низкотемпературного спекания на формирование шихты заданного качества по соотношению основных компонентов.

Особенностями технологической схемы являются:

- применение оборотного раствора в качестве источника свободной щелочи в процессе низкотемпературного спекания;

- переработка белого шлама, полученного после обескремнивания алюминатного раствора в отдельной технологической цепи. Экспериментально показана возможность переработки белого шлама БАЗ спеканием при 1200 °С с добавкой известняка. Извлечение глинозема и щелочи из спека составило соответственно 70 и 89 %.

- компенсация потерь щелочи каустиком, вводимым в состав шихты;

- необходимость каустификации карбонатов, переходящих в раствор из бокситов.

На основании аппаратурно-технологической схемы производства глинозема разработана методика расчета основных показателей производства. С ее использованием выполнен расчет для переработки боксита Тимана, имеющего состав, %: АЬОз - 48,29, 8Ю2

- 6.87, Ре2Оз - 29,56, С02 - 0,46, СаО - 0,45, влага - 16. При переработке данного боксита в

обеих ветвях показатели производства следующие:

Доля ветви гидрохимии 19,51%

Доля ветви низкотемпературного спекания 80,49 %

Доля красного шлама в шихте 15 %

Влага в пульпе ветви низкотемпературного спекания 52,24 %

Соотношение Ре203/А120з 0,48 ед.

Соотношение №20/(А120з + Ре203 + 8Ю2) 1,0 ед.

Расход нат. боксита в ветви гидрохимии 0,622 т/т

Расход нат. боксита в ветви спекания 2,343 т

Итого боксита 2,965 т

Товарный выход по производству 83,15%

Расход N3011 80,4 кг

Расход топлива 484,7 кг.у.т.

Расход тепловой энергии 2,2195 Гкал

Расход известняка 105,8 кг

При переработке указанного боксита на 1 т производимого глинозема будут получены следующие продукты (таблица 10):

Таблица 10 - Количество и качество продуктов, получаемых по предлагаемой технологической схеме, % масс.

Масса, кг А1203 БЮг Ре203 ТЮ2 СаО №20

Красный шлам 1224 10,31 9,41 51,92 4,39 0,79 1,01

Белитовый шлам 101,3 10,65 28,35 58,46 2,54

Содосульфатная смесь 79,2 2,0 47.9

Полученные продукты являются сырьем для других производств: красный шлам - для черной металлургии, белитовый шлам - для производства цемента, содосульфатная смесь -для химической, стекольной промышленности.

Влияние основных компонентов сырья на показатели производства по предлагаемой схеме выражается следующим образом:

- увеличение содержания глинозема приводит к увеличению доли ветви Байера, снижению расхода основного сырья и топливно-энергетических ресурсов;

- увеличение содержания Ре2Оз приводит к снижению доли ветви Байера, снижению количества красного шлама, вовлекаемого в состав шихты ветви термообработки, увеличению расхода топлива;

- увеличение содержания Б значительно увеличивает потери щелочи с содосульфатной смесью;

- увеличение содержания СО2 значительно увеличивает нагрузку на узел каустификации, приводит к увеличению расхода извести.

Из образцов шлама, полученных по технологии низкотемпературного спекания, в Уральском институте металлов были проведены две опытные плавки чугуна. Химический состав шлака и средний состав двух плавок чугуна представлен в таблице ) 1.

Таблица 11 - Химический состав шлака и чугуна, % масс.

Элемент Шлак Шлак Чугун Элемент Шлак Шлак Чугун

№1 №2 №1 №2

и 0,02 0,025 0,0008 Са 33,0 31,0 <0,001

N3 3,0 2,7 <0,001 Бе 1,2 1,0

мё 0,4 0,4 <0,001 Со 0,0001 0,0002 0,048

А1 8,9 8,3 <0,001 № 0,007 0,005 0,088

11,2 11,0 0,035 Т1 6,3 6,2 <0,001

Таким образом, предлагаемая технологическая схема позволяет организовать безотходную переработку бокситового сырья на глинозем и товарные продукты для черной и строительной отраслей промышленности.

Себестоимость глиноземного производства при рассчитанных показателях ниже текущей на предприятиях Урала. С учетом реализации товарных продуктов производство может быть высокорентабельным.

ОБЩИЕ ВЫВОДЫ

1. Изучены вопросы автоклавного выщелачивания бокситов Тимана. Получены зависимости, описывающие влияние на процесс основных технологических показателей. Установлено, что выщелачивание бокситов можно проводить при более низких температурах 200 - 220 °С и концентрации №20^ щелочно-адюминатного оборотного раствора 260 - 270 г/дм3.

2. Определяющим фактором полноты извлечения глинозема из боксита является количество и состав шамозита, содержащегося в боксите.

3. Дозировка СаО не приводит к увеличению извлечения глинозема из боксита, а для бокситов с высоким содержанием шамозита наоборот снижает его извлечение.

4. Установлено влияние минерального состава бокситов Тимана на извлечение глинозема и потери щелочи с красным шламом.

5. Шамозит является химически стойким минералом и полностью не разлагается в условиях автоклавного выщелачивания даже с применением окислителей.

6. Обязательными условиями прохождения реакций образования растворимых соединений и обеспечения максимального извлечения глинозема при низкотемпературном спекании является выдерживания в шихте молярных отношений Na20/(A1203 + Рс?Оз + Si02)=l и Fe203/Al203=0,3 - 0,5.

7. Исключение вторичных потерь глинозема с красным шламом обеспечивается химическим составом раствора, который обеспечивает удержание растворенного кремнезема в алюминатном растворе в метастабильной области.

8. Проведен термодинамический анализ вероятности образования феррита натрия, алюмината натрия и силиката натрия при низкотемпературном спекании шихты при замене соды на каустическую щелочь. Сформулирована основная суммарная реакция образования алюмината натрия через феррит натрия, подтверждающее его каталитическое действие в данной реакции. Рассчитана энергия Гиббса прохождения всех изучаемых реакций. Уменьшение энергии Гиббса с повышением температуры подтверждает возможность протекания данных реакций в интервале выбранных температур.

9. Шамозит, находящийся в боксите Тимана при низкотемпературном спекании полностью разлагается, что обеспечивает большее извлечение глинозема из боксита.

10. Технология низкотемпературного спекания позволяет вовлекать в производство красный шлам, полученный способом Байера.

11. Технология низкотемпературного спекания пригодна также для переработки не бокситового сырья, при этом достигаются лучшие показатели по извлечению глинозема.

12. Разработана и предложена технологическая схема комплексной переработки бокситового сырья, позволяющая приступить в дальнейшем к решению основной экологической проблеме глиноземного производства- хранение красных шламов.

13. На основании разработанной технологической схемы производства глинозема разработана методика расчета основных показателей производства по предлагаемой схеме.

14. Проведен сравнительный анализ себестоимости производства глинозема по технологии низкотемпературного спекания на примере боксита Тимана и себестоимости производства глинозема на БАЗ.

ПУБЛИКАЦИИ ПО ТЕМЕ ДИССЕРТАЦИИ

Статьи, опубликованные в рецензируемых научных журналах и изданиях, определенных ВАК России:

1. Логинова И.В., Лебедев В.А., Ордон С.Ф., Кырчиков A.B. Повышение комплексности переработки Средне - Тиманских бокситов. Цветные металлы. 2010, № 7. с.45 - 48.

2. Логинова И.В., Кырчиков A.B., Лебедев В.А., Ордон С.Ф. Изучение вопроса комплексной переработки бокситов Среднетаманского месторождения. М.: Известия ВУЗ. Цветная металлургия. 2013. № 1. С.27-32.

В других изданиях:

3. Патент РФ 2232716. Способ переработки бокситов на глинозем / Логинова И.В., Логинов Ю.Н., Ордон С.Ф., Лебедев В.А../ Регистр, в Гос. реестре изобр. 05.05.2003г., Кл. C01F7/38.

4. Логинова И.В., Лебедев В.А., Ордон С.Ф., Омаркова Т.А. Изучение автоклавного выщелачивания Тиманских бокситов / Тезисы VIII научно-практической конференции «Алюминий Урала - 2003» Краснотурьинск, изд. «Яса». 2003, с. 48 - 49.

5. Логинова И.В., Лебедев В.А. Логинов Ю.Н., Ордон С.Ф. Технологический вариант переработки бокситов на глинозем / 15 Международный симпозиум "ICSOBA-2004" «Алюминиевая промышленностьв мировой экономике: проблемы и перспективы развития». С-П: Аватерра. 2004. с.83 - 86.

6. Loginova I.V., Lebedev V.A., Ordon S.F, Pismak V.N. New technologies in aluminium metallurgy / Сборник докладов XI международной конференции «Алюминий Сибири-2005». Красноярск, 2005.

7. Логинова И.В., Лебедев В.Л., Ордон С.Ф., Письмак В.Н. Новые технологии в металлургии алюминия / Сборник докладов XI международной конференции «Алюминий Сибири-2005». Красноярск: Институт цветных металлов и золота, 2005. с. 219 - 222.

8. Логинова И.В., Лебедев В.А., Ордон С.Ф., Письмак В.Н. Новые технологии в металлургии алюминия / Тез. докладов конференции, посвященной 80-летию со дня рождения ак. А.Н.Барабошкина. Екатеринбург: УрО РАН, 16-17 ноября 2005. с. 127 - 130.

9. Логинова И.В., Лебедев В.А., Ордон С.Ф., Письмак В.Н. Новые технологии в металлургии алюминия / Труды 1 НПК «Металлургия и образование на Урале» 85-лет образования УГТУ-УПИ и МтФ. Екатеринбург: ГОУ ВПО «УГТУ-УПИ», 2005. с. 73 - 79.

10. Логинова И.В., Логинов Ю.Н., Лебедев В.А., Ордон С.Ф., Пенюгалова Н.П. Изучение возможности переработки Тиманских бокситов / Труды Международной научно-практической конференции «Металлургия легких металлов. Проблемы и перспективы». Москва: МИСиС, 2006. с. 173 - 174.

11. Логинова И.В., Ордон С.Ф. Исследование технологии переработки бокситов Тимана и СУБРа на основе автоклавного выщелачивания и низкотемпературного спекания / Материалы II Международной интерактивной научно-практической конференции «Инновации в материаловедении и металлургии». Екатеринбург: Изд-во Урал, ун-та, 2012. С. 227-228.

Бумага писчая. Плоская печать. Усл. печ. л. 1,0 Усл. изд. л. 1,0. ТиражЮОэкз. Заказ 129

Ризография НИЧ УрФУ 620002, Екатеринбург, ул. Мира, 19

Министерство образования и науки Российской Федерации Федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего профессионального образования «Уральский федеральный университет имени первого Президента России Б.Н. Ельцина»

04201358214 На правах рукописи

Комплексная переработка глиноземсодержащего сырья и отходов глиноземного производства с использованием низкотемпературного

спекания

Специальность 05.16.02. Металлургия черных, цветных и редких металлов

Диссертация на соискание ученой степени кандидата технических наук

Научный руководитель: к.т.н., профессор Логинова Ирина Викторовна

Екатеринбург 2013 г.

ОГЛАВЛЕНИЕ

Стр.

ВВЕДЕНИЕ........................................................................... 4

1. АНАЛИТИЧЕСКАЯ ЧАСТЬ.................................................. 7

1.1. Современное состояние и направления развития технологии производства глинозема.......................................................... 7

1.2. Получение глинозема из глин, шлаков, минеральной части

углей и другого сырья............................................................ 17

1.3. Извлечение РЗМ при переработке алюминиевых руд................ 20

1.4. Способы переработки красного шлама.................................. 25

1.5. Постановка задачи исследования.......................................... 30

2. ИССЛЕДОВАНИЕ ТЕХНОЛОГИИ АВТОКЛАВНОГО ВЫЩЕЛАЧИВАНИЯ ТИМАНСКОГО БОКСИТА........................ 32

2.1. Характеристика бокситов Тимана....................................... 32

2.2. Методика исследований.................................................... 33

2.3 Выщелачивание типичных проб бокситов СТБР,

поступающих в производство на БАЗе....................................... 35

2.4. Исследование влияния технологических параметров

при выщелачивании бокситов Тимана....................................... 39

2.5. Исследование поведения шамозита и его влияние

на выщелачивание бокситов Тимана........................................... 44

2.6 Выводы........................................................................... 48

3. РАЗРАБОТКА МЕТОДА КОМПЛЕКСНОЙ ПЕРЕРАБОТКИ ГЛИНОЗЕМСОДЕРЖАЩЕГО СЫРЬЯ И КРАСНОГО ШЛАМА

ГЛИНОЗЕМНОГО ПРОИЗВОДСТВА....................................... 49

3.1 Исследование технологии низкотемпературного спекания бокситовых шихт.....................................................................49

3.1.1 Фактическое качество красных шламов.................................. 49

3.1.2 Методика проведения исследований...................................... 51

3.1.3 Термодинамический анализ вероятности образования алюмината натрия, феррита натрия и силиката натрия при

низкотемпературном спекании шихты в присутствии каустической

щелочи..................................................................................55

3.1.4 Оценка влияния основных компонентов на возможность

осуществления предложенных технологических решений..................58

3.2.Оценка полученных результатов в сравнении

с классическими методами переработки сырья............................... 69

3.2.1 .Сравнение со способом Байера.......................................... 69

3.2.2. Сравнение со способом спекания трехкомпонентной шихты.... 70 3.3. Исследование возможности применения технологии

к переработке небокситового сырья............................................ 72

3.4 Выводы.......................................................................... 74

4. ВЫБОР И ОПИСАНИЕ ПРЕДЛАГАЕМОЙ

ТЕХНОЛОГИЧЕСКОЙ СХЕМЫ................................................. 76

4.1 Разработка и расчет основных технологических

параметров предлагаемой схемы................................................ 76

4.2 Выводы........................................................................... 81

ЗАКЛЮЧЕНИЕ....................................................................... 83

СПИСОК ИСПОЛЬЗУЕМЫХ ИСТОЧНИКОВ................................ 85

Приложение 1 РЖ - спектрограммы бокситов, шихт, спеков,

шламов............................................................................... 97

Приложение 2 Расчет основных показателей производства

по предлагаемой схеме переработки сырья.....................................116

Приложение 3 Сравнительный анализ себестоимости производства глинозема по технологии низкотемпературного спекания на примере боксита Тимана и себестоимости производства БАЗ 2012 г................ 124

ВВЕДЕНИЕ

Глиноземное производство — крупный потребитель природных сырьевых ресурсов (бокситов, нефелинов, известняков, алунитов и др.). Извлечение из этого сырья всех ценных составляющих, т.е. комплексное его использование, является важнейшей задачей.

Степень комплексного использования бокситов, являющихся в настоящее время во всем мире основным сырьем для производства глинозема, не превышает 10%. В бокситах содержится до 40 различных элементов [1]. На некоторых заводах из бокситов попутно извлекают только галлий и ванадий. Такие компоненты как скандий и другие РЗМ выбрасываются вместе с красным шламом в отвал. Вместе с красным шламом теряется значительное количество железа, оксидов алюминия и натрия. В стоимостном выражении извлекают не более 50 % от содержащихся в сырье ценных компонентов. Одной из основных причин этому является технология производства глинозема, точнее наиболее распространенный способ Байера, по которому при автоклавном выщелачивании бокситов происходит выделение глинозема в раствор, а остальные сопутствующие компоненты переходят в красный шлам.

В течение многих лет ведутся исследования по повышению комплексности использования бокситов, включая переработку красных шламов в двух направлениях. В первом неоднократно предлагались схемы переработки с применением восстановительной плавки в доменных и электрических печах с получением чугуна, глинозема и полупродуктов для производства цемента. Основным препятствием для реализации этих схем является высокое содержание щелочи в красном шламе. Второе направление преимущественно связано с извлечением отдельных РЗМ из красных шламов.

К сожалению, ни одно из многочисленных предложений, включая способы кислотной переработки, пока не реализовано в промышленных объемах. Такое положение связано с различным качеством сырья, недостаточным обоснованием предложений, отсутствием интереса инвесторов, поэтому комплексная переработка бокситов была и остается одной из актуальных проблем.

В данных условиях необходимо вести работу по усовершенствованию существующих методов получения глинозёма и разрабатывать новые методы, позволяющие увеличить комплексность переработки используемого сырья и вовлечь в производство новые виды сырья. В частности особое внимание нужно уделить вопросу переработки красных шламов.

Настоящее исследование выполнено с использованием технологии низкотемпературного спекания, разработанной с участием автора [2]. Проведено лабораторное опробование применительно к различным бокситам, шлакам с использованием как синтетических, так и промышленных растворов и отходов глиноземного производства.

Целью работы является:

- изучение технологии автоклавной переработки бокситов Тимана;

- разработка способа и технологической схемы переработки бокситов на глинозем с использованием технологии низкотемпературного спекания. Изучение возможности использования данного способа при переработке бокситов Тимана и СУБРа, сравнение показателей способа с показателями способа Байера.

- изучение вопросов снижения потерь глинозема и щелочи с красным шламом на основе процессов, происходящих при низкотемпературном спекании, и получения красных шламов с минимальным содержанием вредных для пирометаллургической переработки компонентов.

Научная новизна работы. Определены температурный и концентрационный режим автоклавной переработки бокситов Тимана, влияние минерального состава на полноту извлечения глинозема.

Впервые предложен способ низкотемпературного спекания бокситов, позволяющий вовлекать в переработку красные шламы, получаемые по технологии Байера. Показана возможность и условия прохождения реакций образования соединений алюмината натрия, феррита натрия и силиката натрия в спеках при использовании каустической щелочи. При выщелачивании таких спеков вторичных потерь глинозема и щелочи в виде ГАСН не происходит, что позволяет снизить потери глинозема и щелочи с отвальным шламом.

На основе бокситов Тимана выполнен сравнительный анализ технологии переработки бокситов по способу Байера и низкотемпературному спеканию. Показана возможность переработки бокситов Тимана по способу низкотемпературного спекания с достижением высоких показателей товарного выхода глинозема.

Практически показано преимущество метода перед способами спекания для небокситового сырья.

Практическая ценность выполненной работы. На основании экспериментальных данных определены технологические параметры автоклавного выщелачивания бокситов Тимана. Предложена и экспериментально опробована схема комплексной переработки глиноземсодержащего сырья. С помощью методов математического моделирования выполнен расчет основных технологических показателей, который показывает возможность получить значительный экономический эффект при внедрении предлагаемой технологии.

Апробация работы. Основные результаты диссертационной работы доложены на международных конференциях «Алюминий Урала - 2003», (г.Краснотурьинск, 2003 г.), «Алюминий Сибири-2005» (Красноярск, 2005 г.), международном симпозиуме "1С80ВА-2004" «Алюминиевая промышленность в мировой экономике: проблемы и перспективы развития» (С-Петербург, 2004), научно-практической конференции «Металлургия и образование на Урале» (Екатеринбург: ГОУ ВПО «УГТУ-УПИ», 2005 г) и др.

Публикации. По материалам исследований опубликована статья в журнале «Цветные металлы», входящем в перечень рецензируемых научных изданий, рекомендованных ВАК для публикации основных научных результатов диссертации, 7 тезисов докладов, получен 1 патент РФ.

Состав и объем работы. Диссертационная работа состоит из введения, 4 глав, заключения, библиографического списка, включающего 123 наименований работ отечественных и зарубежных авторов. Работа изложена на 124 страницах машинописного текста, содержит 17 рисунков, 39 таблиц и 3 приложения.

Из-за недостатка высококачественных бокситов в последние десятилетия предприняты попытки повысить качество бокситов путем удаления вредных примесей из них. Для высокосернистых и высококарбонатный бокситов был предложен их обжиг при температуре от 500 до 700 °С [16-18]. При этом происходит разложение пирита с окислением серы и образованием магнетита, СаСОз диссоциирует на СаО и С02, органические вещества полностью разлагаются с образованием воды и углекислого газа.

Одним из эффективных способов обогащении бокситов является флотационный. Наиболее детально он проработан для североуральских, южноуральских и тиманских бокситов с выделением пиритных и карбонатных продуктов, пригодных для переработки по способу спекания и производству серной кислоты [19-24].

Особый интерес представляют работы по рентгенорадиометрическому обогащению бокситов СУБРа и Тимана как способу сухого обогащения бокситов [25,26].

В производстве глинозема последние годы активно используются различные полимеры. Их применение позволяет значительно интенсифицировать процессы сгущения и промывки красного шлама [27,28], контрольной фильтрации алюминатного раствора [29], позволяет улучшать гранулометрический состав гидроксида алюминия [30]. Кремнийорганические полимеры нашли применение в качестве ингибиторов накипеобразования. Преимуществом использования ПАВ в глиноземном производстве является возможность их применения без изменения аппаратурно-технологической схемы и дополнительных капитальных затрат.

Одним из широко применяемых технологических процессов на уральских глиноземных заводах - является спекание бокситового сырья. Данная технология используется в России как в чистом виде (спекание нефелинов и низкокачественных бокситов) так и как технологическая ветка в параллельном варианте Байер - спекание. При спекании происходит взаимодействие между твердыми веществами (твердофазные превращения). Температура плавления каждого из продуктов реакции очень высокая, а реакции спекания идут при более