автореферат диссертации по металлургии, 05.16.02, диссертация на тему:Термохимическое кондиционирование состава низкокачественных бокситов и их переработка щелочными способами

На правах рукописи

¡ХУ ЬОВИКОВ Олег Александрович

ТЕРМОХИМИЧЕСКОЕ КОНДИЦИОНИРОВАНИЕ СОСТАВА НИЗКОКАЧЕСТВЕННЫХ БОКСИТОВ И ИХ ПЕРЕРАБОТКА ЩЕЛОЧНЫМИ СПОСОБАМИ

Специальность 05.16.02 - Металлургия черных, цветных

и редких металлов

Автореферат диссертации на соискание ученой степени доктора технических наук

2 9 НОЯ 2012

САНКТ-ПЕТЕРБУРГ 2012

005056023

Работа выполнена в федеральном государственном бюджетном образовательном учреждении высшего профессионального образования Национальном минерально-сырьевом университете «Горный».

Научный консультант -

доктор технических наук, профессор

доктор технических наук, профессор, Национальный мпне-ралыю-сырьевой университет «Горпый», кафедра химической технологии, заведующий кафедрой

доктор технических наук, Сапкт-Петербургский государственный политехнический университет, кафедра физической химии, микро- и нанотехнологпи, профессор кафедры

доктор технических наук, ИХТРЭМС КНЦ РАН, ведущий научный сотрудник

Ведущая организация — Федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего профессионального образования «Сибирский федеральный университет»

Защита состоится 28 декабря 2012 г. в 14 ч 30 мин на заседании диссертационного совета Д 212.224.03 при Национальном минерально-сырьевом университете «Горный» по адресу: 199106 Санкт-Петербург, 21-я линия, д.2, ауд.1303.

С диссертацией можио ознакомиться в библиотеке Национального минерально-сырьевого университета «Горный».

Автореферат разослан 16 ноября 2012 г.

Официальные оппоненты:

Сизяков Виктор Михайлович Алексеев Алексей Иванович

Липин Вадим Аполлонович

Матвеев Виктор Алексеевич

УЧЕНЫЙ СЕКРЕТАРЬ диссертационного совета доктор технических наук

БРИЧКИН В.Н.

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность работы. Современное производство алюминия состоит из добычи руды, в основном бокситов, ее переработки на глинозем и, наконец, получения первичного алюминия. По прогнозам к 2015 году мировое производство первичного алюминия достигнет более 55 млн т, на что потребуется 125 млн т глинозема или 350 млн т бокситов.

Во всем мире наблюдается тенденция повышения цен на высококачественные бокситы и энергоносители, а также снижения запасов высококачественных бокситов, а характерной чертой сырьевой базы Росси является отсутствие качественного бокситового сырья пригодного к переработке на глинозем способом Байера. Поэтому большое внимание как в России, так и за рубежом уделяется вовлечению в производство низкокачественного бокситового сырья и на сегодняшний день проводятся многочисленные работы по исследованию и проверке различных способов и схем. Это щелочные и кислотные способы, способы, базирующиеся на традиционных методах обогащения и способы микробиологического выщелачивания, химического и термохимического кондиционирования.

Как правило, каждый из этих способов решает одну узконаправленную задачу, что ограничивает их применение в практике глиноземного производства, а отсутствие традиций использования предлагаемых технических решений затрудняет их адаптацию применительно к сложившемуся промышленному комплексу.

Существенный вклад в развитие теории и практики переработки низкокачественного глиноземсодержащего сырья внесли известные российские ученые А.Н. Кузнецов, В.А. Мазель, С.И. Кузнецов, В.А. Деревянкин, А.И. Лайнер, В.Д. Пономарев, B.C. Сажин, М.Н. Смирнов, Л.П. Ни, Н.И. Еремин, В.М Сизяков, В .Я. Абрамов, Ю.А. Лайнер, И.З. Певзнер, А.И. Алексеев и другие. Заметным вкладом являются работы, выполненные научными школами С-Пб Горного университета, ВАМИ, УГТУ-УПИ, ИМЕТ РАН им. A.A. Байкова, ИХТРЭМС КНЦ РАН, Института твердого тела УрО РАН, ИТЦ РУСАЛ. В то же время сложность и

многообразие сырья по химико-минералогическому составу не позволяют рекомендовать единого подхода для их переработки.

Представленные в диссертации исследования выполнялись в соответствии с ведомственной научной программой Министерства образования и науки РФ «Развитие научного потенциала высшей школы», 2005-2008 годы; аналитической ведомственной целевой программой «Развитие научного потенциала высшей школы (2009-2010 годы)» по проекту № 2.1.2.5161 «Развитие фундаментальных основ синтеза метастабильных соединений в области технически значимых систем алюминиевой промышленности»; Государственным контрактом № 14.740.11.1046 «Синтез лигатур, сплавов оксидных и металлических композиций цветных металлов, обладающих объемной или поверхностной упорядоченностью структуры на микро- и наноразмерном уровне»; в рамках федеральной целевой программы «Научные и научно-педагогические кадры инновационной России» на 2009-2013 годы.

Цель работы - научное обоснование и разработка технических решений, обеспечивающих кондиционирование химико-минералогического состава низкокачественных бокситов для повышения эффективности их переработки щелочными методами.

Идея работы. С целью повышения эффективности переработки низкокачественных бокситов и их аналогов следует использовать термохимическое кондиционирование исходного сырья, обеспечивающее направленное изменение химико-минералогического состава и возможность переработки полученных концентратов в рамках традиционных щелочных способов.

Методы исследований. В работе были использованы экспериментальные и теоретические методы исследований, химические, физические и физико-химические методы изучения свойств и составов твердых, жидких веществ и технологических продуктов. Экспериментальные исследования выполнялись в лабораторном, опытно-заводском и полупромышленном объеме, в том числе на основе методов математического планирования, с применением методов математической статистики, аналитической и графоаналитической обработки данных. Теоретические

исследования выполнялись с применением кинетического анализа. Химический анализ выполнялся методами классического количественного анализа, а также спектрофотометрическим методом, методом атомной абсорбции и эмиссии, рентгеновской спектрометрии. Фазовый анализ выполнялся рядом физических и физико-химических методов, включая кристаллооптический, дериватографический и рентгенодифрактометрический. Изменение суммарного объема пор и удельной поверхности образцов проводили методом ртутной порометрии и способом тепловой десорбции аргона. Гранулометрические характеристики определялись методом виброситового анализа и методом лазерного микроанализа. При проведении опытно-заводских и полупромышленных испытаний были использованы методы принятые в заводской практике технологического контроля.

Задачи исследования:

- анализ современного состояния и перспектив переработки низкокачественных бокситов;

- физико-химическое обоснование направлений кондиционирования химико-минералогического состава низкокачественных бокситов;

- экспериментальное исследование и моделирование процессов разделения неоднородных дисперсных систем при термохимическом кондициотфовании низкокачественных бокситов;

- обоснование граничных значений основных технологических параметров при кондиционировании низкокачественных бокситов различных месторождений;

- экспериментальное исследование показателей термической обработки и выщелачивания бокситов при участии оксида кальция в составе материалов различной химической природы;

- научное обоснование и разработка технических решений регенерации оборотного кремне-щелочного раствора с получением попутной продукции;

- поверка технологических режимов и отработка показателей термохимического обогащения и переработки боксита в опытно-заводском и полупромышленном масштабах.

Научная новизна работы:

- установлена лимитирующая роль внутридиффузионного массопереноса при взаимодействии каолинита со щелочными растворами и возможность описания кинетики этого процесса уравнением для самотормозящихся реакций с последующим определением времени полного разложения;

- экспериментально установлена зависимость показателей разложения шамозита щелочными растворами от степени его окисленности, типа полиморфной модификации и температуры обжига в интервале от 400 до 600°С, которой соответствует полное разложение шамозита;

- установлен эффект минерализующего воздействия особенностей химико-минералогического состава бокситов на фазовые превращения оксида алюминия, что позволило прогнозировать значение температуры обжига при термохимическом кондиционировании и использовать это явление в процессе кальцинации глинозема;

-установлена зависимость физико-химических свойств обожженных высокосидеритизированных бокситов и показателей их гидрохимической переработки от температуры обжига в диапазоне от 300 до 1050°С, которая характеризуется развитием процессов фазовой перекристаллизации продуктов обжига с увеличением пористости и уменьшением удельной поверхности при температурах более 600°С, что имеет существенное значение для повышения эффективности разделения фаз сгущением и фильтрацией;

- разработана математическая модель кинетики извлечения компонентов боксита в раствор и скорости кристаллизации гидроалюмосиликата натрия, устанавливающая экстремальный характер перехода диоксида кремния и оксида алюминия в раствор, что позволяет определить время наибольшего обескремнивания боксита;

- экспериментально установлен максимум степени обескремнивания бокситов СевероОнежского месторождения, прошедших термообработку при температуре 1000°С, что объясняется явлением термоакгавации кремнийсодержащей фазы независимо от продолжительности выдержки в интервале от нуля до двух часов, вследствие низкой скорости кристаллизации аморфного диоксида кремния с образованием кварца и муллита;

— установлена зависимость показателей выщелачивания бокситов после термохимического кондиционирования от содержания оксида кальция, обеспечивающая увеличение суммарного извлечения А1203 при минимальных потерях щелочи с красным шламом;

- определена зависимость показателей каустификации силикатно-щелочного раствора от числа стадий, количества и режима дозировки извести, позволяющая обосновать необходимость применения дробного введения извести на второй стадии процесса;

- установлено влияние степени измельчения боксита СевероОнежского месторождения на раскрытие минералов с высокой магнитной восприимчивостью, что позволяет удалить более 30% хрома путем проведения магнитной сепарации;

- доказано, что процесс термохимического обогащения характеризуется высокой воспроизводимостью технологических показателей при переходе от лабораторного к опытно-промышленному масштабу, в то же время для снижения рисков от эффекта масштабирования рекомендуется использовать в проектных решениях результаты полученные при переработке не менее 40 т сырья в непрерывном режиме.

Научные положения, выносимые на защиту:

1. Для направленного изменения свойств бокситов по содержанию примесей и ведущим физико-химическим характеристикам, следует использовать их термообработку и последующее выщелачивание, что представляет собой универсальный способ термохимического кондиционирования низкокачественных бокситов сложного химико-минералогического состава.

2. С целью повышения эффективности переработки низкокачественных бокситов месторождений Северной Онеги, Среднего Тимана и Казахстана способом Байера следует использовать предварительную подготовку сырья путем термохимического кондиционирования, что обеспечивает извлечение в обогащенный боксит не менее 95% А12Оз, достижение величины кремниевого модуля сырья более 10 единиц и извлечение из него оксида алюминия на уровне 97+98% от теоретически возможного количества, с сохранением энергетических затрат на

уровне 32-34 ГДж/т глинозема, соответствующих показателям последовательного варианта Байер-спекание.

3. Для улучшения показателей выщелачивания бокситов, прошедших термохимическое кондиционирование, в состав бокситовой шихты следует вводить повышенное количество оксида кальция на уровне 5-10% от веса боксита, что обеспечивает увеличение суммарного извлечения А1203 и минимальные потери щелочи с красным шламом, при использовании на первой стадии автоклавного выщелачивания и содовой обработки красного шлама на второй.

4. С целью минимизации расхода щелочного реагента и повышения комплексности переработки низкокачественного бокситового сырья следует проводить двухстадийную регенерацию силикатно-щелочного раствора с осаждением на первой стадии соединений кремния в виде гидроалюмосиликата натрия, а на второй в виде метасиликата кальция с использованием дробного введения извести при молярном соотношении СаО/8Ю2=1,3/1.

5. Для получения достоверных технологических показателей, пригодных для использования в проекте предприятия по переработке низкокачественных бокситов с применением термохимического кондиционирования, следует использовать данные, полученные при проведении опытно-промышленных испытаний с объемом перерабатываемого материала не менее 40 т, результаты которых существенно дополняют материалы лабораторных исследований и уменьшают риски связанные с переходом от периодических процессов к непрерывным.

Практическая значимость и реализация работы:

- разработаны и опробованы в опытно-промышленном масштабе аппаратурно-технологические схемы переработки низкокачественного бокситового сырья сложного химико-минералогического состава, позволяющие расширить сырьевую базу производства глинозема традиционными щелочными способами с учетом использования термохимического кондиционирования исходного сырья;

- разработаны технические решения, обеспечивающие комплексное снижение технологически вредных примесей (8Ю2, С02, Сг20з) в низкокачественных бокситах, регенерацию щелочного

компонента и повышение комплексности использования бокситов, за счет выделения силикатной составляющей, а также эффективную переработку обогащенных бокситов;

- разработана и проверена в опытно-промышленном масштабе методика оценки качества обожженного боксита, позволяющая оперативно получать сведения о ходе обжига и термических превращениях, происходящих с бокситообразующими минералами. В практику исследований введены методики стандартного обескремнивания и стандартного выщелачивания, позволяющие сравнивать поведение различных бокситов в процессах термохимического кондиционирования и их переработки способом Байера;

- результаты исследований использованы при подготовке данных для технико-экономической оценки производства глинозема из высококремнистых бокситов Северной Онеги, Среднего Тимана и Казахстана с применением предварительного термохимического кондиционирован™ бокситов;

- полученные научные и технологические результаты работы используются в учебном процессе Горного университета при чтении лекций, проведении практических и лабораторных занятий, при дипломном проектировании студентами, обучающимися по специальности «Металлургия цветных металлов», а также при подготовке магистрантов направлений «Металлургия», «Химическая технология» и аспирантов по специальности «Металлургия черных, цветных и редких металлов». С использованием полученных материалов изданы учебные пособия: «Производство глинозема из низкокачественного сырья», «Тепломассообмен», «Основы проектирования металлургических предприятий», «Процессы и аппараты химической технологии».

Личный вклад автора заключается в выборе и обоснованности направлений исследований, организации, проведении и обобщении результатов экспериментов, разработке методик и технологических регламентов кондиционирования низкокачественных бокситов России и Казахстана с последующей их переработкой способом Байера. Все разработки осуществлялись под непосредственным руководством и при участии соискателя.

Результаты диссертации в полной мере освещены в 41 печатной работе, из них 1 монография, 15 статей в журналах, рекомендованных ВАК Минобрнауки России, 6 авторских свидетельств на изобретения.

Апробация работы

Материалы диссертации докладывались и обсуждались на: Всесоюзной научно-практической конференции "Основные направления и меры по ускорению научно-технического прогресса алюминиевой промышленности" (Москва, 1986), Всесоюзной конференции "Современные проблемы химической технологии" (Красноярск, 1986), Международном симпозиум "Проблемы комплексного использования руд (Си, №, Со, Бп, А1, Мд, И) и благородных металлов" (Санкт-Петербург, 1994), 16 Международной научной конференции "Математические методы в технике и технологиях" (Ростов на Дону, 2003), Международном научном семинаре "Развитие учения Н.С. Курнакова в XXI веке" (Санкт Петербург, 2010), Всероссийской научно-технической конференции с международным участием "Проблемы рудной и химической электротермии" (Санкт-Петербург, 2010), Научно-техническом семинаре "Инновационные технологии в цветной металлургии" (Санкт-Петербург, 2012), Всероссийской научно-технической конференции с международным участием "Актуальные проблемы рудной и химической электротермии" (Санкт-Петербург, 2012), Четвертом Международном конгрессе "Цветные металлы 2012" (Красноярск, 2012).

Работа выполнена по приоритетному направлению ведущей научной школы Горного университета «Комплексная переработка сырья цветных, благородных и редких металлов» возглавляемой профессором В.М. Сизяковым.

Объем и структура. Диссертационная работа состоит из введения, 6 глав, заключения, 4-х приложений, списка литературы из 218 наименований. Общий объем работы - 319 страниц, в том числе 96 таблиц, 114 рисунков.

Содержание работы

Во введепии обоснованы актуальность и направление исследования, сформулирована цель и определены основные решаемые задачи.

В первой главе выполнен анализ изученности современного состояния проблемы и перспектив развития переработки низкокачественных бокситов в России и за рубежом, рассмотрены способы и технологические особенности, как традиционных методов обогащения бокситов, так и новых, включая микробиологические. Обоснован выбор универсального термохимического кондиционирования низкокачественных бокситов с последующей их переработкой способом Байера.

Во второй главе рассматриваются физико-химические основы термохимического кондиционирования низкокачественного бокситового сырья. Обжиг, как составная часть термохимического кондиционирования, позволяет не только разложить каолинит и шамозит, но и селективно выделить диоксид кремния из продуктов обжига. Выявлены соединения, оказывающие минерализующее действие на фазовые превращения глинозема. Обоснована целесообразность обжига при переработке сидеритизированных бокситов. Показано, что после обжига на последующих переделах улучшается фильтруемость и сгущаемость продуктов.

В третьей главе приведена характеристика бокситов различных месторождений и изменения, происходящие при их обжиге. Дано математическое описание кинетики обескремнивания обожженных бокситов. Приведен технологический контроль процесса обжига и различные варианты обескремнивания обожженного боксита. В качестве альтернативного решения показана возможность частичного удаления соединений хрома магнитной сепарацией.

В четвертой главе рассматривается поведение оксида кальция при выщелачивании бокситового концентрата по способу Байера. Показана положительная роль повышенной дозировки оксида кальция, которая позволяет при байеровском выщелачивании снизить потери щелочи с красным шламом и последующим выщелачиванием содовыми растворами шлама доизвлечь глинозем.

Пятая глава посвящена разработке технологии регенерации оборотных кремне-щелочных растворов процесса термохимического

кондиционировшшя бокситов. Показано, что проведение регенерации в две стадии, путем выделения ГАСН на первой и дробного введения оксида кальция на второй, позволяет полностью регенерировать оборотный щелочной раствор и свести к минимуму безвозвратные потери глинозема.

В шестой главе представлены результаты проверки в опытно-заводском масштабе разработанных аппаратурно-технологических схем термохимического кондиционирования низкокачественных бокситов Среднего Тимана, Северной Онеги и Казахстана. Кроме этого представлены результаты опытно-промышленной проверки частичного удаления карбонатов с использованием магнитной сепарации.

Защищаемые положения диссертации

1. Для направленного изменения свойств бокситов по содержанию примесей и ведущим фпзико-химическим характеристикам, следует использовать их термообработку и последующее выщелачивание, что представляет собой универсальный способ термохимического кондиционирования низкокачественных бокситов сложного химико-

минералогического состава.

Каолинит взаимодействует со щелочными растворами по реакции: А1203-28Ю2-2Н20+2,6№0Н=

=Ка20-А120з-1,78Ю2-2Н20|-Ю,3№28Юз+1,ЗН20.

Интенсивность разложения каолинита зависит от природы, концентрации и температуры раствора, а так же происхождения минерала.

Для описания кинетики процесса разложения каолинита щелочными и алюминатными растворами была выбрана следующая модель. Разложение сопровождается вторичным процессом -образованием гидроалюмосиликатом натрия, который осаждается на частицах твердой фазы. Происходит снижение контакта каолинита с раствором. С увеличением глубины взаимодействия растет толщина этого слоя, обволакивающего частицы, и как следствие возрастает влияние диффузионной составляющей скорости процесса. Возможность протекания выщелачивания во внутренней диффузионной области определяется в первую очередь плотностью оболочки. Ориентировочное суждение о плотности оболочки продукта может быть сделано по величине критерия Пиллинга-

Бедвордса, то есть отношения молярных объемов продукта реакции и исходного вещества. В нашем случае отношение превышает единицу и образование плотной оболочки возможно.

Подобные процессы являются самотормозящимися и с достаточной степенью точности описываются уравнением Дроздова - Ротиняна:

1 -р = М

Im-

1 —а.

(1)

Для идентификации математического описания модели были проведены технологические опыты, в которых материалом служил просяновский каолинит (табл. 1).

Таблица 1

Параметры щелочной обработки М-103 Р

Температура, °С Na20Kr/n а* Ж:Т

105 150 - 10:1 926 1,016

205 150 - 10:1 4766 1,184

240 150 - 10:1 1236 4,301

105 150 3,5 10:1 1994 0,471

205 150 3,5 10:1 12647 1,451

240 150 3,5 10:1 7720 2,639

105 300 3,5 3:1 313 1,732

205 300 3,5 3:1 7299 1,380

240 300 3,5 3:1 9397 3,585

Проверка линейности расположения экспериментальных точек в координатах:

расчетных

Iln

т

1

-=f

с

«1

1-CCj

аппроксимации

процесса разложения полного разложения

подтвердила возможность каолинита уравнением (1).

Расчет времени необходимого для каолинита (а] >0,99) показал, что если при температуре 105°С для чистого щелочного раствора это время составляет 2 ч, а для алюминатных растворов 1 ч. При 205°С полное разложение достигается за 10-К5 мин, то повышение температуры до 240°С

почти полностью нивелирует эту разницу и время разложения составляет не более 5 мин (рис. 1).

1111

♦ щелочной раствор алюминатный раствор Ж:Т = 10:1 —алюминатный раствор ЖТ= 3:1

I

-

100 120 140 160 180 200 220 240 1, °С

Рис. 1. Зависимость времени полного разложения каолинита от условий выщелачивания

Характерной чертой является постепенное затормаживание разложения каолинита с переходом в щелочной раствор диоксида кремния, оксида алюминия и из него ГАСН. При этом в зависимости от технологических параметров, наблюдается различное развитие этих процессов. Повышение температуры интенсифицирует процесс кристаллизации ГАСН и соответственно влечет рост коэффициента торможения р. Аналогичное действие, за счет повышения концентрации диоксида кремния в растворе, оказывает понижение соотношения Ж:Т. Понижение коэффициента торможения с переходом от щелочных к алюминатным растворам объясняется тем, что наличие в исходном растворе оксида алюминия хоть и ускоряет кристаллизацию ГАСН, но менее плотного. Процесс разложения идет интенсивнее, что отражается в более высоком коэффициенте суммарной скорости реакции. Повышение концентрации щелочи, из-за ее избыточного количества, заметного влияния на процесс разложения не оказывает.

Отношение оксида алюминия к диоксиду кремния в каолините меньше чем в ГАСН и при разложении каолинита положительный баланс по оксиду алюминия не возможен.

При термохимическом кондиционировании наблюдается другой механизм. Ранее Н.И. Ереминым было показано, что продуктом обжига каолинита является метакаолинит, который при 925-К000°С разлагается с образованием аморфного 8Ю2, у-А1203 и муллита при примерно равном количественном распределении между ними оксида алюминия, что можно описать реакцией:

6(А1203-28Ю2)=10(БЮ2 а«орфН.)+3(у-А12Оз)+(ЗА12Оз-28Ю2),

С учетом малой растворимости у - А12Оз из стехиометрии реакции следует, что теоретически возможное извлечение диоксида кремния при обескремнивании обожженного каолинита составляет более 80%. Дальнейшее повышение температуры обжига способствует образованию муллита из свободных оксидов А12Оз и 8Ю2.

Химико-минералогический состав" шамозитов непостоянен. Характерная особенность этих минералов проявляется в более высоком содержании глинозема по сравнению с содержанием диоксида кремния, чем в каолините.

Особенности процессов выщелачивания связаны с величиной межфазной границы, выражаемой через удельную поверхность, и являющуюся важной физической характеристикой материала. Значительная удельная поверхность исходного шамозита связана с большим количеством пор и трещин (табл. 2). Увеличение удельной поверхности при обжиге (400°С), указывает на начало разложение шамозита с диспергированием его частиц и образованием большого количества тонких пор. Суммарный объем пор незначительно уменьшается, за счет сокращения объема пор г4=103-КИ0 А. При возрастании температуры обжига до 600°С и разложении шамозита, имеет место незначительное сокращение удельной поверхности и увеличение суммарного объема по всем эквивалентным радиусам, за счет образования большого количества свободных оксидов алюминия и кремния в аморфном виде, которые хорошо взаимодействуют со щелочными растворами.

Разложение шамозита сопровождается образованием ГАСН состава Ма20:А120з:8Ю2=1:1:2,4 с мольным отношением Ма20/8Ю2=0,43. Это отношение при химическом опробовании составило для исходного шамозита — 0,23 и для

обожженного соответственно: при 400°С - 0,23; при 600°С -0,48.

Таблица 2

Поверхностные свойства исходного и обожженного шамозита

белгородского участка Ку рекой магнитной аномалии

Показатель Температура обжига

нет 400°С 600°С

Удельная поверхность, м"7г 6,51 13,37 9,72

Суммарный объем пор, (см7г) / % 0,298/44,30 0,238/37,9 0,370/49,3

Распределение суммарного объема по эквивалентным радиусам,А: з-юЧо2 102-103 103-6104 0,007 0,093 0,198 0,014 0,078 0,147 0,210 0,110 0,240

Эквивалентные радиусы пор соответствующие максимумам дифференциальной кривой А,: Г1 Г2 Гз и 40 1400 16300 50 1400 3000 100 1200 6300 36900

Выявлено, что взаимодействие шамозитов и щелочесодержащих растворов зависит от степени окисленности и соотношения модификаций. Окисление увеличивает неупорядочность структуры, а ортогональная модификация проявляет большую стойкость. Однако предварительный обжиг начиная с температуры 600°С, эти различия сглаживает за счет разложения шамозитов с образованием аморфных оксидов.

В ряду гидроксид-оксид алюминия отмечается несколько вариантов твердофазных превращений с образованием весьма устойчивого при гидрохимических переделах корунда, что было подтверждено проведением стандартного автоклавного выщелачивания.

Пассивация при обжиге оксида алюминия начинается при температуре выше 1000°С, а значительное развитие она получает при обжиге свыше 1050°С.

Степень перехода у-А1203 а-А1203 при одной и той же температуре отличается для разных месторождений бокситов,

16

имеющих различный химико-минералогический состав, что указывает на минерализующее влияние бокситообразующих минералов.

Использование сверхнасыщенного плана с минимальной не ортогональностью для выделенных линейных эффектов позволило выявить, что оксиды железа, хрома и соединения бора способствуют образованию а-А1203. Противоположное влияние оказывают оксид натрия и диоксид титана.

На основании этого была разработана энергосберегающая технология получения малощелочного глубокопрокаленного глинозема и получено положительное решение по заявке на патент (заявка на патент RU, МПК3 С Ol F 7/44. Способ получения малощелочного глинозема с высоким содержанием а-модификации А1203 / O.A. Дубовиков, В.М. Сизяков, Н.М. Теляков, Н.В. Николаева. - № 2011108343/05(011962); заявл. 03.03.2011).

В бокситах месторождений Казахстана содержание сидерита достигает значительной величины. Исследования влияния обжига, необходимой операции в процессе термохимического кондиционирования, показало, что разложение сидерита сопровождается увеличением удельной поверхности и пористости, что способствует получению лучших технологических показателей при автоклавном выщелачивании и последующем разделении жидкой и твердой фаз.

При выборе аппаратурно-технологической схемы термохимического кондиционирования значительную роль играет выбор способа разделения пульп. Увеличение соотношения между жидкой и твердой фазами способствует повышению кремниевого модуля концентрата и для разделения пульп рационально применять процесс отстаивания.

Данные по сгущению сырого и обожженного боксита, бокситового концентрата и красного шлама после автоклавного выщелачивания сырого боксита и бокситового концентрата представлены на рис. 2 и в табл. 3. Сгущаемость концентрата значительно выше, чем исходного и обожженного боксита, сгущаемость красного шлама, полученного после выщелачивания

концентрата, заметно лучше, чем красного шлама от выщелачивания исходного боксита (табл. 3).

Время, ч

Рис. 2. Красный шлам от выщелачивания боксита (1) и концентрата (2); боксит исходный (3) и обожженный (4); бокситовый концентрат (5)

Таблица 3

Характеристики сгущенного продукта_

Продукт Плотность, г/см"3 Ж:Т

Шлам от выщелачивания боксита 2,66 3,39

Шлам от выщелачивания концентрата 3,07 2,34

Исходный боксит 2,63 1,40

Обожженный боксит 2,72 1,23

Бокситовый концентрат 3,07 0,80

Процесс фильтрования количественно описывают кинетическими уравнениями, связывающими скорость фильтрования с параметрами процесса и свойствами твердых частиц, жидкой фазы и фильтровальной перегородки. После определения постоянных фильтрования можно рассчитать показатели процесса (рис. 3 и табл. 4).

35,00 -, 30,00 -25,00 -

"Ъ

Т 20,00 -"е

15,00 -10,00 -5,00 -0,00 -

0 10 20 30 40 50

V, м3-105

Рис. 3. Результаты фильтрации в координатах г/У={(У) (линейная зависимость при фильтрации с образованием осадка)

Таблица 4

Технологические показатели процесса фильтрования

Показатель Обозначение и размерность Численное значение при

60°С 90°С

Отношение объемов осадка и фильтрата х0, м3/м3 9,626-10"2 9,206-10"2

Сопротивление фильтровальной перегородки -0,0 5,619-Ю10

Удельное объемное сопротивление осадка Го, (М2)"1 1,284-Ю14 1,522-Ю14

Скорость фильтрации при образовании лепешки толщиной 10 мм НУ, м3/м2-с ¿(¡Т 5,06-10"5 6,32-10'5

Повышение температуры снижает динамическую вязкость жидкой фазы, которая более интенсивно увлекает за собой тонкодисперсные частицы и на начальном этапе частично

закупоривает поры фильтрующей перегородки. Это приводит к образованию более плотного осадка и небольшому возрастанию удельного объемного сопротивления. Скорость процесса фильтрации, при условии образования осадка толщиной 10 мм, увеличивается на 25%. Это доказывает целесообразность фильтрации более горячих пульп.

2. С целью повышения эффективности переработки низкокачественных бокситов месторождений Северной Онеги, Среднего Тимана и Казахстана способом Байера следует использовать предварительную подготовку сырья путем термохимического кондиционирования, что обеспечивает извлечение в обогащенный боксит не менее 95% А12Оз, достижение величины кремниевого модуля сырья более 10 единиц и извлечение из него оксида алюминия на уровне 97-^-98% от теоретически возможного количества, с сохранением энергетических затрат на уровне 32-К34 ГДж/т глинозема, соответствующих показателям последовательного варианта Байер-спекание.

Растворение оксидов алюминия и кремния в щелочных растворах сопровождается кристаллизацией ГАСН, устранить которую возможно, если концентрации оксидов будут ниже равновесных концентраций. Это соответствует соотношению Ж:Т >130:1 при выщелачивании.

На рис. 4 температурно-временной зависимости извлечения в раствор §Ю2 и А1203 видно, что в районе 975°С не зависимо от продолжительности температурной выдержки, варьируемой от нуля до трех часов, извлечение БЮг в раствор составляет ~ 95%, а наибольшее извлечение приходится на боксит обожженный при 1000°С. При этом кремниевый модуль твердой фазы в зависимости от температурной выдержки варьируется в пределах от 31 до 128. Оптимальной для данного боксита при термохимическом кондиционировании является температура обжига 1000°С, так как она соответствует и максимальной степени обескремнивания, и максимально возможному извлечению глинозема в процессе Байера.

90

80

70

u- 60

| 50

a

4

a 40

1

2

3

5

8 6 7

900

950

1000 1050 1100 1150

Температура, °C

Рис. 4. Извлечение в раствор ЗЮ2 1 - 4 и АЬ03 5-8 при выдержке: 1, 5 - нет; 2, 6-час; 3, 7-два часа и 4, 8-три часа

20

О 30 60 90 120

Время, мин

Рис. 3.21. Кинетика обескремнивания боксита раствором Ыа2Ок- 150 г/л. Извлечение: в концентрат А1203 (1), в раствор Si02 (2, 3) и (iSi концентрата (4). о - расчет по жидкой фазе, Д - расчет по твердой фазе

Предварительный расчет показал, что Ж:Т=20:1 не значительно повышает затраты на проведение процесса разделения фаз в промышленных условиях, а увеличение кремниевого модуля концентрата повышает экономичность всего технологического процесса (рис. 5). В интервале температур 265^280°С достигается теоретически возможное извлечение глинозема из кондиционированного боксита в алюминатный раствор.

В начальный период скорость процесса обескремнивания обожженного боксита, на что указывает энергия активации, определяется скоростью протекания химического взаимодействия. Затем растворение тормозится обволакивающим частицы слоем ГАСН и описывается уравнением (1), а процесс кристаллизации ГАСН уравнением в виде полинома:

а2=А(х-с/*-В, (2)

тогда изменение количества компонента в щелочном растворе:

а = а, - а2, (3)

а максимальная концентрация компонента отвечает условию:

<3а, _ с1а2 <1т <1т Выполнив преобразования:

(4)

с!а

1

М

дх

1

1-а,

"Р

(5)

ёа

с1т

'2. — .

(6)

а! =1-

зм^-с )2/3+лр'

(7)

получим выражение для максимального извлечения компонента из обожженного боксита в щелочной раствор:

А

(8)

ашах 1

Зм(ттах-С )2/3+Лр

-А(хШ2Х-С УЪ-В,

где Тщах соответствует моменту равенства скоростей - уравнение (4):

_1_ М

зм^-с^+лр

-1

-1п

ЗМ^-с/з+Ар

(9)

По уравнениям (8,9) можно рассчитать момент максимального извлечения компонента из боксита в раствор и соответствующее этому моменту распределение компонента (рис. 6).

Рис. 6. Распределение БЮ2 в зависимости от температур выщелачивания (а), обжига (б) и боксита (в)

Увеличение температур выщелачивания, обжига и кремниевого модуля исходного боксита приводит к возрастанию коэффициента торможения, при этом наблюдается различное влияние образующейся пленки ГАСН и слоя остатков от выщелачивания.

Увеличение температуры выщелачивания интенсифицирует кристаллизацию ГАСН, степень же растворения и связанный с ней слой остатков выщелачивания остаются практически постоянными. С возрастанием температуры обжига, за счет термоактивации алюмосиликатов, происходит более глубокое обескремнивание боксита, а вместе с ним уменьшающееся ядро взаимодействия твердой фазы экранируется более толстым слоем остатков. Если повышение температуры обжига вызывает качественные изменения в боксите, то с кремниевым модулем связаны количественные изменения. Более качественный боксит содержит меньше диоксида кремния и активного оксида алюминия, представленных

6)

0,8

0,8

я)

0,8

алюмосиликатами. Концентрация их в растворе, влияющая на образование ГАСН, уменьшается и, как в предыдущем случае, торможение растворения связано с остатками выщелачивания.

Частичное удаление хрома из бокситов месторождений Северной Онеги возможно проведением магнитной сепарации

При измельчении боксита до крупности -0,05 мм хромсодержащие минералы раскрыты почти полностью и при выходе магнитного продукта 6,1+6,2% извлечение оксида хрома в него составляет 25,2+32,0%, а снижение содержания оксида хрома в немагнитном продукте составило 23,3+28,3%.

3. Для улучшения показателей выщелачивания бокситов, прошедших термохимическое кондиционирование, в состав бокситовой шихты следует вводить повышенное количество оксида кальция на уровне 5+10% от веса боксита, что обеспечивает увеличение суммарного извлечения А^Оз и минимальные потери щелочи с красным шламом, прн использовании на первой стадии автоклавного выщелачивания и содовой обработки красного шлама на второй.

24

По одному из вариантов Горного университета предполагается проводить выщелачивание боксита после термохимического кондиционирования при повышенной дозировке оксида кальция с последующим доизвлечением глинозема из красного шлама.

Для шламов, при увеличении дозировки СаО, характерно постепенное увеличение количества гидрограната. Идут процессы нарастания количества и совершенствования структуры, ее стабилизации в кубической модификации с содержанием 0,5 молей диоксида кремния. При дозировке 6,6% СаО содержатся: гидрогранат, ГАСН типа содалита и исчезающий типа канкринита. Дозировка 13,13% СаО соответствует границе, после которой находятся и получают свое развитие в большом количестве хорошо окристаллизованный гидрогранат и №-Са гидроалюмосиликат.

Выщелачивание красного шлама при температуре 95°С в мешалке раствором 50 г/л Ка2Оуг и соотношении Ж:Т=5:1 показало, что продолжительность в пределах от 2 до 6 часов мало влияет на извлечение А1203, которое изменялось от 26,0 до 29,8% или от 5,3 до 6,0% в пересчете на содержание в концентрате. Твердая фаза

Дозировка СаО, % Рис. 8. Влияние дозировки на извлечение глинозема и потери щелочи с красным шламом

представлена двумя кристаллическими фазами железистым гидрогранатом и небольшим количеством кальцита.

Таким образом, двухстадийное выщелачивание бокситового концентрата с повышенной дозировкой оксида кальция позволило на первой стадии снизить потери щелочи с красным шламом. На второй стадии, последующее содовое выщелачивание позволило доизвлечь А120з.

4. С целью минимизации расхода щелочного реагента и повышения комплексности переработки низкокачественного бокситового сырья следует проводить двухстадийную регенерацию силикатно-щелочного раствора с осаждением на первой стадии соединений кремния в виде гидроалюмосиликата натрия, а на второй в виде метасиликата кальция с использованием дробного введения извести при молярном соотношении СаО/8Ю2=1,3/1.

Незначительнее начальное содержание в щелочном растворе А120з или Б Юг вызывает резкое снижение извлечения диоксида кремния из обожженного боксита в раствор. Наличие более 10 г/л БЮ2 практически полностью останавливает процесс, поэтому на стадии регенерации оборотного кремне-щелочного раствора необходима глубокая очистка.

Предлагаемый способ предусматривает регенерацию не только щелочи, но и выделение глинозема, путем осаждения на первой стадии из раствора ГАСН с последующей переработкой полученного осадка, а на второй силиката кальция. Первую стадию регенерации следует проводить при 105°С, что исключает применение автоклавной технологии. Основная масса оксида алюминия из раствора выделяется за первые три часа и пропорционально осаждению ГАСН понижается содержание диоксида кремния (табл. 5). Присутствие взвеси тонких фракций обожженного боксита ускоряет процесс осаждения ГАСН.

Таблица 5

Кинетика процесса кристаллизации ГАСН_

Компонент Содержание в растворе от продолжительности процесса, ч

0 1 2 3 4 5 6

БЮз, % 100,0 86,8 82,6 81,0 78,5 77,7 77,7

А120,, % 100,0 41,4 36,0 25,6 25,0 25,0 25,0

На скорость процесса обескремнивания раствора, на второй стадии, оказывает влияние отношение оксида кальция к диоксиду кремния обескремниваемого раствора (рис. 9).

Рис. 9. Зависимость степени обескремнивания раствора от отношения СаО:5Ю2(моль):1 - 15:1; 2- 10:1; 3 -5:1; 4 -2:1; 5 - 1,3:1; 6- 1,2:1; 7- 1,1:1; 8- 1:1

Скорость процесса обескремнивания значительно увеличивается при увеличении дозировки СаО к БЮг до 2:1 включительно, а глубина обескремнивания при 5 ч выдержке и всех дозировках СаО изменяется незначительно в пределах 75-г-90%. Дробная добавка извести (в начале 80% и через 3 часа 20%) по сравнению с единовременной, при одинаковой суммарной дозировке СаО:8Ю2=1,3:1, позволяет глубже провести обескремнивание.

Твердая фаза при дозировке извести в пределах СаО:8Ю2=(1:1)"К2:1) состоит из а-2СаОЗЮ2, кальцита, арагонита и ГАСН, содержание которого уменьшается по мере увеличения дозировки извести. При дозировке 15:1 содержание а-2Са08Ю2 и

кальцита остается постоянным, но вместо арагонита в большом количестве появляется гидроксид кальция.

5. Для получения достоверных технологических показателей, пригодных для использования в проекте предприятия по переработке низкокачественных бокситов с применением термохимического кондиционирования, следует использовать данные, полученные при проведении опытно-промышленных испытаний с объемом перерабатываемого материала не менее 40 т, результаты которых существенно дополняют материалы лабораторных исследований и уменьшают риски связанные с переходом от периодических процессов к непрерывным.

Для разработки регламентов переработки низкокачественных бокситов по схемам, приведенным на рис. 10-13, были проведены опытно-промышленные испытания. В каждом конкретном случае на протяжении нескольких недель в непрерывном режиме перерабатывалось от десятков до сотен тонн бокситов. Это позволило уточнить режимы, технологические показатели ведущих процессов и переделов, определить технологические особенности процесса термохимия-Байер при осуществлении его в опытно-промышленном масштабе.

Обжиг бокситов Краснооктябрьского месторождения в температурном интервале 900—925°С с последующим обескремниванием позволил повысить кремниевый модуль до 10—12 единиц в кондиционном продукте. Естественная классификация при обжиге за счет пылевыноса и выноса мелких фракций со сливом трубчатого аппарата использовалась для снижения материальных потоков. Тонкие фракции, обогащенные кремнеземом перерабатывались спеканием совместно с выделенным из оборотного раствора ГАСН. Частичная подача мелкой пыли на регенерацию оборотного щелочного раствора интенсифицировала процесс кристаллизации ГАСН и повышала глубину обескремнивания.

Щелочной раствор на хим. обогащение

Шлам на получение глинозема способом

спекания

»14

11 1 1 1 1

111 11 1

11 1 1 11

ил .1X1

и.

Бокситовый концентрат на получение глинозема способом Байера

Рис. 10. Схема цепи аппаратов кондиционирования тригидратных бокситов месторождений Казахстана: - бункер дробленного боксита, 2 - лотковый питатель, 3 - пневмотранспорт, 4 - трубчатая печь, 5 - барабанный холодильник, 6 - кюбсль, 7 - сдвоенный циклон, 8 - мельница, 9 - трубчатый аппарат, 10 - напорный бачок,

11 - дозатор, 12 и 14 - мешалки, 13 - гидроциклон

алюминатный раствор

'' 17

Шл1

с с» с» с?1

26 26 26 26 26 26

—ЕО

ЕК-Г^-

оборотный алюминатный раствор

К (

Шг

;о рс рс О)

ни

КрСМДСЩСЛОЧНОЙ

раствор

Рис. 11. Схема цепи аппаратов кондиционирования монопидратных бокситов месторождений Среднего Тимана: 1 - бункер, 2 - трубчатая печь, 3 - барабанный холодильник, 4-7 - газоочистка, 8 - трубчатый аппарат, 9 - юобель, 10 и 11 - приемники пыли, 12 - мельница, 13 - мешалка, 14 и 15 - гидроклассификатор, 16 - фильтр, 17 - насос, 19 - регенерация раствора, 20 - мелышца, 22 - мешалка сырой пульпы, 23-30 - переработка концентрата по способу Байера

Концешрат на переработку способом Байера

0 II >

Рис. 12. Схема цепи аппаратов кондиционирования моногидратных бокситов месторождений Северной Онеги: 1 - бункер дробленного боксита, 2 - пневмотранспорт, 3 - трубчатая печь, 4 - барабанный холодильник, 5 - кюбель, 6 и 14 - бачок раствора, 7 - насос, 8 - мельница, 9 - каскад репульпаторов, 10 - напорный бачок, 11 - сгуститель, 12 - барабанный вакуумфильр, 13 - регенерация оборотного раствора, 15 - двухкамерная шаровая мельница

11

г

- 1 мм >

■э

г-я—1

м. фр

1

10 9

20

7ЕТЗ

12

1Г

13

=п

ш

П7 ХТ7

±1 г

□г

20 —

14

алюминаты ыи раствор

Г7 ^ И-ГГ )

Рис. 13. Схема цепи аппаратов переработки бокситов месторождений Казахстана с магнитной сепарацией: 1 - бункера дробленного боксита, 2 - шаровая мельница, 3 и 6, 9-15 - мешалки, 4 - гидроциклон, 5 - шпальтовос сито со щелью 2 мм, 7 - щелевое сито со щелью 1 мм, 8 - магнитный фильтр-сепаратор СЭ-248, 16 -19 - отстойники одноярусные, 20 - дозаторы поплавкового типа

Для бокситов Щугорского месторождения температурный интервал обжига совпадал с температурным интервалом для бокситов Казахстана, но пыль печей обжига обогащалась по содержанию А1203 и ее перерабатывали с концентратом способом Байера. Помол в мельнице концентрата на щелочном растворе позволил провести его дообескремнивание и повысить кремниевый модуль. Благодаря крупности продуктов термохимического кондиционирования процессы разделения фаз характеризовались высокими технологическими показателями: производительность на ленточном фильтре по бокситовой пульпе составляла 0,80+0,85м /(м -ч), а скорость слива при сгущении красного шлама равнялась 0,38 м/ч при уплотнении в шламе до Ж:Т=2,5:1.

Пыль обжига бокситов месторождений Северной Онеги обогащалась по А1203 и перерабатывалась совместно с концентратом, а низкое содержанием оксидов железа в боксите потребовало поднять температуру обжига до 975+1000°С. При выщелачивании обожженного боксита в каскаде мешалок его кремниевый модуль повышался до 12+13 единиц, а бокситовая пульпа хорошо сгущалась (скорость слива 0,7 м/ч).

Магнитная сепарация пульпы на основе высокосидеритизированных бокситов Казахстана и щелочных алюминатных растворов обеспечила выход обедненного сидеритом концентрата на уровне 79,5% при содержании в нем 1,64% - С02.

Применительно к аппаратурно-технологическим схемам переработки бокситов месторождений Казахстана, Среднего Тимана и Северной Онеги разработаны регламенты для выполнения ТЭО. Оценка энергозатрат выявила сопоставимость общего расхода энергоносителей в способе термохимия-Байер и последовательном способе Байер-спекание, который широко используется в мировой практике (табл. 6). Анализ структуры себестоимости товарной продукции говорит об общности технико-экономических показателей этих способов (табл. 7). Эти способы близки по показателям, но с учетом эксплуатационной надежности технологии термохимия-Байер, более высокой экологической безопасности заложенных в ней технических решений и их малой зависимости от типа исходного сырья, следует говорить о существенных

конкурентных преимуществах способа термохимия-Байер в условиях снижения качества бокситов.

Таблица 6

Удельные энергозатраты производства продукционного глинозема

комбинированный Способ спекания Способ термохим,-Байер

Энергоноситель, ГДж/т Способ Байера паралл. способ послед, способ

Электроэнергия 1,37 1,68 2,15 3,05 1,91

Топливо 3,63 8,09 18,37 34,16 16,15

Тепловая энергия 9,11 17,64 13,35 17,64 15,51

Общий расход 14,11 27,41 33,87 54,85 33,57

Таблица 7

Структура себестоимости т продукционного глинозема

Статьи затрат от полной себестоимости по способу Байер-спекание, в % Способ

Байер-спекание термохим.-Байер

Сырье и основные материалы 47,38 47,38

Топливно-энергетические расходы 43,47 43,04

Заработная плата 1,78 1,78

Цеховые расходы 6,31 6,25

Общезаводские расходы 0,35 0,35

Прочие расходы 0,71 0,71

Полная себестоимость 100,00 99,51

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

Представленная диссертация является научно-квалификационной работой, в которой разработаны теоретические, технологические и методологические принципы термохимического кондиционирования низкокачественных бокситов с их последующей переработкой по способу Байера. Полученные научные результаты составляют основу универсальной, ресурсосберегающей технологии, которая существенно расширяет сырьевую базу глиноземного производства.

Основные научные п практические результаты работы

1. Мировая тенденция - повышение цен и снижение запасов высококачественных бокситов. Сырьевая база России характеризуется почти полным отсутствием традиционного сырья —

байеровских бокситов, на которых основана зарубежная глиноземная промышленность. Предлагаемый способ термохимия -Байер позволяет решить целый комплекс проблем, связанных с кондиционированием низкокачественных бокситов сложного химико-минералогического состава и дальнейшей их переработкой щелочным способом.

2. Установлена лимитирующая роль внутридиффузионного массопереноса при протекании процесса взаимодействия каолинита со щелочными растворами и возможность описания кинетики этого процесса уравнением для самотормозящихся реакций с последующим определением времени полного разложения.

3. Экспериментально установлена зависимость показателей разложения шамозита щелочными растворами от степени его окисленности, типа полиморфной модификации и температуры обжига в интервале от 400 до 600°С, которой соответствует полное разложение шамозита.

4. Установлено, что оксиды железа, хрома и соединения бора обеспечивают ускорение фазовых переходов с образованием а-А^Оз, что позволяет использовать этот эффект в процессе кальцинации глинозема. Противоположное влияние оказывает оксид натрия и диоксид титана.

5. Установлена зависимость физико-химических свойств обожженных высокосидеритизированных бокситов и показателей их гидрохимической переработки от температуры обжига в диапазоне от 300 до 1050°С, которая характеризуется развитием процессов фазовой перекристаллизации продуктов обжига с увеличением пористости и уменьшением удельной поверхности при температурах более 600°С, что имеет существенное значение для повышения эффективности разделения фаз сгущением и фильтрацией.

6. Установлено положительное влияние обжига низкокачественных бокситов на показатели сгущения и фильтрации красного шлама.

7. Разработана математическая модель кинетики извлечения компонентов боксита в раствор и скорости кристаллизации гидроалюмосиликата натрия, устанавливающая экстремальный

характер перехода диоксида кремния и оксида алюминия в раствор, что позволяет определить время наибольшего обескремнивания боксита.

8. Использование высоких соотношений Ж:Т для устранения кристаллизации ГАСН при химическом опробовании обожженных бокситов месторождений Северной Онеги позволило выявить явление термоактивации кремнийсодержащей фазы независимо от температурной выдержки в интервале от нуля до двух часов, что объясняется низкой при этой температуре скоростью кристаллизации кварца и муллита из аморфного диоксида кремния.

9. Установлена зависимость показателей выщелачивания бокситов после термохимического кондиционирования от содержания оксида кальция, обеспечивающая увеличение суммарного извлечения А1203 при снижении потерь щелочи с красным шламом.

10. Обоснована необходимость двухстадийной регенерации находящегося в обороте силикатно-щелочного раствора, с выделением ГАСН на первой стадии и метасиликата кальция на второй при дробном введении извести.

11. Установлено влияние степени измельчения на раскрытие минералов хромсодержащего боксита Северо-Онежского месторождения, что позволило выделить с магнитной фракцией из него около 30% хрома при выходе магнитного продукта порядка 6%.

12. Показано, что процесс термохимического обогащения характеризуется высокой воспроизводимостью технологических показателей независимых от масштаба эксперимента при переходе от лабораторного к опыно-промышленному.

13. Разработаны аппаратурно-технологические схемы для переработки наиболее перспективных месторождений низкокачественных бокситов месторождений Среднего Тимана, Северной Онеги и Казахстана.

14. Предложена и освоена технологическая система опробования качества обожженного боксита, позволяющая оперативно получать сведения о ходе обжига и термических превращениях, происходящих с бокситообразующими минералами.

15. Введено понятие стандартного обескремнивания и стандартного автоклавного выщелачивания для возможности

сравнения поведения различных бокситов в процессе термохимического кондиционирования.

16. В процессе обжига свойства бокситов, независимо от первоначальной природы и химико-минералогических особенностей выравниваются. Переход к высокотемпературному выщелачиванию упрощает технологию обжига и расширяет температурную площадку.

17. Разработаны регламенты для ТЭО переработки низкокачественных бокситов месторождений Казахстана, Среднего Тимана и Северной Онеги по схеме термохимия-Байер.

Научные результаты работы отражены в следующих основных публикациях:

Монография:

1. Дубовиков O.A. Эффективные технологии переработки низкокачественных бокситов / O.A. Дубовиков, В.М. Сизяков // Горный университет. СПб, 2012. 113 с.

Публикации в ведущих рецензируемых научных журналах и изданиях, рекомендованных ВАК России:

2. Дубовиков O.A. Поведение бокситов Среднего Тиммана в процессе обжига / O.A. Дубовиков, Н.И. Еремин, А.Н. Наумчик // Известия вузов. Цветная металлургия. 1980. №4. С. 50-52.

3. Дубовиков O.A. Влияние различных примесей на фазовые превращения оксида алюминия при обжиге бокситов / O.A. Дубовиков, А.Н. Наумчик, Н.И. Еремин // Известия вузов. Цветная металлургия. 1983. №1. С. 61-63.

4. Дубовиков O.A. Исследование процесса обескремнивания обожженного боксита / O.A. Дубовиков, А.Н. Наумчик, Н.И. Еремин // Известия вузов. Цветная металлургия. 1983. №6. С. 21-24.

5. Исследование термических превращений шамозита при обжиге / Н.И. Еремин, А.Н. Белова, O.A. Дубовиков и др. // Журнал прикладной химии. 1983. №4. Т. 56 С. 932-934.

в. Дубовиков O.A. Регенерация оборотного раствора в процессе термохимического обогащения боксита / O.A. Дубовиков,

А.Н. Наумчик, Г.И. Швачко // Известия вузов. Цветная металлургия. 1986. №1. С. 125-127.

7. Плотность тройной системы H20-Na2C03-K2C03. / Э.Э. Яскеляйнен, JI.A. Канунников, O.A. Дубовиков и др. // Журнал прикладной химии. 1990. №5. Т. 72. С. 1118-1120.

8. Наумчик А.Н. Обогащение низкокачественных бокситов / А.Н. Наумчик, O.A. Дубовиков, Г.И. Швачко // Цветные металлы. 1996. № 8. С. 34-36.

9. Наумчик А.Н. Кинетика обескремнивания обожженного низкокачественного боксита / А.Н. Наумчик, O.A. Дубовиков, Г.И. Швачко // Цветные металлы. 1996. № 9. С. 33-35.

10. Дубовиков O.A. Определение функциональной зависимости состав-плотность алюминатных растворов процесса карбонизации в содощелочной ветви / O.A. Дубовиков, Г.И. Швачко, В.О. Голубев. // Цветные металлы. 2003. № 8-9. С. 76-78.

11. Дубовиков O.A. Исследование процесса кондиционирования бокситов / O.A. Дубовиков, Н.В. Николаева // Записки Горного института. СПб, 2011. Т. 192. С. 19-23.

12. Дубовиков О А. Поведение шамозита в процессе химического и термохимического кондиционирования / O.A. Дубовиков, Н.В. Николаева // Записки Горного института. СПб, 2011. Т. 192. С. 49-53.

13. Дубовиков O.A. Математическое описание процесса разложения каолинита щелочными растворами / O.A. Дубовиков, Н.В. Николаева // Записки Горного института. СПб, 2011. Т. 192. С. 73-76.

14. Дубовиков O.A. Микробиологическое кондиционирование бокситов / O.A. Дубовиков, Е.Е. Андреев, Н.В. Николаева // Обогащение руд. 2011. №5. С. 19-23.

15. Дубовиков O.A. Использование обжига при переработке сидеритизированных бокситов / O.A. Дубовиков, Е.Е. Андреев, Н.В. Николаева // Обогащение руд. 2012. №1. С. 3-7.

16. Способы переработки высококремнистых бокситов Северной Онеги / В.М. Сизяков, O.A. Дубовиков, Е.Е. Андреев и др. // Обогащение руд. 2012. №3. с. 10-15.

Авторские свидетельства на изобретения и патепты:

17. A.c. 574915 СССР. Способ получения глинозема / Н.И. Еремин, А.Н. Наумчик, И.З. Певзнер, O.A. Дубовиков, И.В. Прокопопов. 1977.

18. A.c. 704018 СССР. Способ получения глинозема из боксита /Н.И. Еремин, А.Н. Наумчик, O.A. Дубовиков. 1979.

19. A.c. 816077 СССР, МКИ3 С 01 F 7/06. Способ переработеи моногидратных бокситов на глинозем / А.Н. Наумчик, O.A. Дубовиков, Н.И. Еремин, Г.Ф. Митрофанова, Г.И. Швачко. 1980.

20. A.C. 1340033 СССР. Способ получения глинозема из боксита/O.A. Дубовиков, А.Н. Наумчик, Г.И. Швачко. 1987.

21. A.c. 1380164 СССР. Репульпатор для обработки кремнещенлочных растворов преимущественно для их обескремнивания / O.A. Дубовиков, А.Н. Наумчик, C.B. Александровский, Г.И. Швачко, Э.Э. Яскеляйнен. 1987.

22. A.c. 1503223 СССР. Способ переработки на глинозем высокосидеритизированных бокситов / А.Н. Наумчик, O.A. Дубовиков, Э.Э. Яскеляйнен, A.A. Майер, И.Н. Кравцова, Г.И. Швачко. 1989.

Статьи и доклады, опубликованные в других научных журналах и изданиях:

23. Дубовиков O.A. Кинетика обескремнивания обожженного боксита щелочными растворами / O.A. Дубовиков, А.Н. Наумчик, Н.И. Еремин. // Цветная металлургия. 1980. № 10. С. 41-43.

24. Климентенок Г.И., Дубовиков O.A. Определение оптимальных условий обжига бокситов при их химическом обогащении / Деп. в БУ ВИНИТИ, 1982. №11(133). С. 104.

25. Дубовиков O.A. Особенности химического обогащения высококремнистых бокситов // Записки Ленинградского горного института. Л., 1983. Т. 96. С. 27-30.

26. Наумчик А.Н. Влияние особенностей минералогического состава Северо-Онежских бокситов на процесс химического обогащения / А.Н. Наумчик, А.Н. Белова, O.A. Дубовиков и др. // Записки Ленинградского горного института. Л., 1983. Т. 96. С. 34-38.

27. Моделирование технологического оборудования и систем управления процессами промышленных печей производства металлов / A.A. Гальнбек, И.Н. Белоглазов, O.A. Дубовиков и др. // Записки Горного института. СПб, 2001. Т. 147. С. 171-179.

28. Дубовиков O.A. Реализация сверхнасыщенных планов при поиске минерализующих примесей / O.A. Дубовиков, Е.В. Калюкина // Труды 16 Международной научной конференции. РГАСХМ, Ростов на Дону, 2003. Т. 8. Секция 12. С.136-137.

29. Дубовиков O.A. Энергосберегающая технология получения глубокопрокаленного глинозема // Записки Горного института. СПб, 2006. Т. 169. С. 116-119.

30. Дубовиков O.A. Энергосбережение при получении а-модификации глинозема / O.A. Дубовиков, Н.М. Теляков // Труды Всероссийской научно-технической конференции: «Электротермия-2010». СПГТИ (ТУ), СПб, 2010. С. 140-148.

31. Термохимическое кондиционирование высококремнистых хромсодержащих бокситов / И.Н. Белоглазов, O.A. Дубовиков, Г.Н. Климентенок и др. // Труды Всероссийской научно-технической конференции: «Электротермия-2012». СПГТИ (ТУ), СПб, 2012. С. 19-30.

32. Возможные пути кондиционирования высококремнистых хромсодержащих североонежских бокситов / В.М. Сизяков, O.A. Дубовиков, Н.В. Николаева и др. // Сборник докладов четвертого Международного конгресса: «Цветные металлы 2012». Красноярск, 2012. С. 370-376.

33. Сидеритизированные бокситы Казахстана и пути переработки их на глинозем / В.М. Сизяков, O.A. Дубовиков, Е.В. Сизякова и др. // Сборник докладов четвертого Международного конгресса: «Цветные металлы 2012». Красноярск, 2012. С. 377-383.

34. Переработка на глинозем шамозитизированных бокситов Среднего Тимана с утилизацией шламов в черной металлургии / В.М. Сизяков, O.A. Дубовиков, Н.В. Николаева и др. // Сборник докладов четвертого Международного конгресса: «Цветные металлы 2012». Красноярск, 2012. С. 384-389.

РИЦ Горного университета. 06.11.2012. 3.764 Т. 100 экз. 199106 Санкт-Петербург, 21-я линия, д.2

Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение

высшего профессионального образования НАЦИОНАЛЬНЫЙ МИНЕРАЛЬНО-СЫРЬЕВОЙ УНИВЕРСИТЕТ

«ГОРНЫЙ»

5201350264

На правах рукописи

Дубовиков Олег Александрович

ТЕРМОХИМИЧЕСКОЕ КОНДИЦИОНИРОВАНИЕ СОСТАВА НИЗКОКАЧЕСТВЕННЫХ БОКСИТОВ И ИХ ПЕРЕРАБОТКА ЩЕЛОЧНЫМИ СПОСОБАМИ

Специальность 05.16.02 - Металлургия черных, цветных и редких металлов

Диссертация на соикание ученой степени доктора технических наук

Научный консультант: доктор технических наук, профессор В.М. Сизяков

Санкт-Петербург 2012

СОДЕРЖАНИЕ

Введение......................................................................................................................................................................4

Глава 1. Современное состояние и перспективы переработки

низкокачественных бокситов..................................................................................................................19

1.1. Характеристика качества бокситов........................................................................................19

1.2. Механические способы обогащения низкокачественных бокситов. 27

1.3. Микробиологическое обогащение..........................................................................................34

1.4. Химическое обогащение бокситов..........................................................................................44

1.5. Общее состояние проблемы..........................................................................................................52

Глава 2. Физико-химические основы кондиционирования

низкокачественных бокситов........................................................................................................................53

2.1. Кинетика разложения каолинита в процессе химического и термохимического кондиционирования..........................................................................................53

2.2. Поведение шамозита в процессе химического и термохимического кондиционирования..........................................................................................................................................69

2.3. Фазовые превращения глинозема в процессе обжига............................................93

2.4. Положительная роль обжига при переработке сидеритизированных бокситов........................................................................................................................................................................110

2.5. Исследование процесса разделения неоднородных дисперсных

систем при кондиционировании бокситов....................................................................................119

Глава 3. Кондиционирование низкокачественных бокситов......................................132

3.1. Исследование процесса кондиционирования бокситов........................................132

3.2 Характеристика бокситов и их обжиг..................................................................................132

3.3. Математическое описание кинетики обескремнивания бокситов местораждения Среднего Тимана....................................................................................................150

3.4. Технологический контроль процесса обжига бокситов......................................157

3..5 Изучение различных способов обескремнивания бокситов............................173

3.6. Магнитная сепарация бокситов Северо-Онежского месторождения... 181

Глава 4. Роль оксида кальция при термохимическом кондиционировании

бокситов.................................................................................... 185

Глава 5. Регенерация оборотного щелочного раствора.......................... 207

5.1. Теоретические основы и экспериментальное определение равновесного состояния кремне-щелочных растворов........................... 209

5.2. Экспериментальная проверка регенерации кремне-щелочного

раствора.................................................................................... 212

Глава 6. Опытно-промышленные испытания кондиционирования

бокситов.................................................................................... 220

6.1. Опытно-заводская проверка переработки тригидратных бокситов месторождений Казахстана............................................................ 220

6.2. Выводы по переработке бокситов месторождений Казахстана........... 233

6.3. Опытно-заводские испытания термохимического обогащения моногидратных бокситов месторождения Среднего Тимана.................. 235

6.4. Выводы по переработке бокситов Щугорского месторождения......... 244

6.5. Опытно-заводская проверка переработки моногидратных бокситов Северо-Онежского месторождения................................................. 245

6.6. Выводы по переработке бокситов месторождений Северной Онеги... 250

6.7. Полупромышленная проверка технологии двухстадийного выщелачивания бокситов с предварительной магнитной сепарацией........ 251

6.8. Выводы по переработке бокситов месторождений Казахстана с

предварительной магнитной сепарацией.......................................... 277

Заключение................................................................................ 279

Библиографический список............................................................ 286

Приложение 1............................................................................ 303

Приложение 2............................................................................ 310

Приложение 3............................................................................ 313

Приложение 4............................................................................. 317

ВВЕДЕНИЕ

Удивительно сложилась судьба 13-го элемента периодической системы Дмитрия Ивановича Менделеева. В земной коре его почти в 4 раза больше, чем железа, в 55 тыс. раз больше чем, свинца, и в 100 млн раз больше, чем золота.

Почему же, находясь буквально под ногами, так долго скрывал себя от человеческих глаз этот удивительный металл. Во-первых, он не встречается в самородном виде, во-вторых, его нельзя выплавить из руды. Но как же в таком случае был изготовлен алюминиевый сосуд два тысячелетия назад, о котором рассказывает в «Естественной истории» Плиний Старший (23-79 н.э.) [1]?

Один из мастеров Древнего Рима явился однажды перед императором Тиберием (42 до н.э.-37 н.э.) с небольшим сосудом в руках. Красота и легкость металла, из которого был сделан сосуд, поразила императора. Но, узнав, что изобретатель изготовил его из глины, Тиберий страшно испугался, решив, что широкое распространение нового металла может если не обесценить, то значительно понизить цены на серебро и золото. Было принято решение: изобретателя обезглавить, а мастерскую сравнять с землей. Легенда - лишь отголосок неведомого нам события, но путь этого легкого металла к человечеству оказался не из легких.

В 16 веке немецкий врач и естествоиспытатель Филипп Ауреол Теофраст Бомбаст фон Гогенгейм (Парацельс) исследуя квасцы, установил, что они «есть соль некоторой квасцовой земли». В 1754 году немецкий химик Андреас Сигизмунд Маргграфт сумел выделить «квасцовую землю», разложить которую электрическим током вначале неудачно попытался англичанин Гемфри Дэви, а затем швед Йене Якоб Берцелиус, но и его работа не увенчалась успехом. Несмотря на это, они все же решили дать неподдающемуся металлу имя: сначала Берцелиус назвал его алюмием, а затем Деви изменил на алюминий.

Впервые алюминий в свободном виде получил в 1825 году датский физик Ганс Христиан Эрстед, воздействуя амальгамой калия на хлорид алюминия. В одном из химических журналов он писал, что в результате проведенных им

опытов образовался «кусок металла, цветом и блеском несколько похожий на олово». Двумя годами позже, немецкий химик Фридрих Велер, заменив амальгаму калия металлическим калием, также получил металл в виде зерен величиной с булавочную головку, а через восемнадцать лет в виде компактной массы. До сих пор обсуждается вопрос, кого считать первооткрывателем: Гемфри Дэви или Фридриха Велера [2].

Новый металл стал быстро завоевывать популярность и, поскольку получали его в мизерных количествах, цены на него превышали цены на золото. Алюминиевые пуговицы. Такую роскошь могли позволить себе лишь очень состоятельные вельможи, а алюминиевые ложки и вилки употребляли вместо «простых», золотых и серебряных приборов, только коронованные особы. В 1855г. на Всемирной выставке в Париже красовался слиток под гордым названием «серебро из глины», вызвавший большую сенсацию. Это были пластины и слитки алюминия, которые сумел получить французский ученый и промышленник Анри Этьенн Сент-Клер Девиль, предложивший в 1854 году промышленный способ производства алюминия. В 1865 году русский физико-химик Николай Николаевич Бекетов предложил способ получения алюминия путем вытеснения его магнием из расплавленного криолита.

Днем рождения алюминиевой промышленности России принято считать 14 мая 1932г. В этот день на Волховском алюминиевом заводе получили первую промышленную партию алюминия в виде малогабаритных слитков - «чушек». Но алюминиевая история хранит и другую, более раннюю, дату - август 1885г. Тогда начал действовать первый отечественный завод, производящий алюминий. Заработал он вблизи Троице-Сергиевой лавры, ныне - Сергиев Посад Московской области. Так Россия стала третьей после Франции и Англии страной, создавшей промышленное производство алюминия так называемым «химическим способом» [3].

Важной вехой в истории алюминия стал 1886 год, когда независимо друг от друга Поль Луи Туссен Эру во Франции и Чарльз Мартин Холл в США

разработали электролитический способ производства этого металла из криолит-глиноземного расплава. Идея была не нова, еще в 1854 году немецкий ученый Роберт Вильгельм Бунзен высказал мысль о получении алюминия электролизом его солей. Но поскольку электролитический способ требовал большого количества электрической энергии, то и первый в Европе завод для производства алюминия электролизом был построен в Нейгаузене (Швейцария) близ Рейнского водопада - дешевого источника электроэнергии. Электролитический способ позволил до 1900 года снизить стоимость алюминия в 50 раз, а по объему производства он за короткий срок опередил все цветные металлы.

Дмитрий Иванович Менделеев в своей знаменитой работе «Основы химии» писал: «...алюминий есть самый распространенный в природе; достаточно указать на то, что он входит в состав глин, чтоб ясно было всеобщее распространение алюминия в земной коре...Алюминий или металл квасцов (а1итеп) потому и называется глинием, что находится в глине».

В 1893 году в Москве выходит книга инженера Н. Жукова «Алюминий и его металлургия», в которой автор писал: «Алюминий призван занять выдающееся место в технике и заменить собой если не все, то многие из обыденных металлов...» [4]. Прогноз, данный в конце позапрошлого века, начинает сбываться, так по итогам двух месяцев 2007 года среднедневное производство алюминия в мире увеличилось на 2,46% - с 65 тыс. до 66,6 тыс. т.

Бурный рост алюминиевой промышленности потребовал интенсивного производства глинозема и практически, одновременно с открытием электролитического способа получения алюминия русский инженер-химик Карл Иосиф Байер запатентовал (Германские патенты: № 43977 от 3 августа 1889г. и № 65604 от 3 сентября 1892г.) способ получения чистого гидроксида алюминия. Дальнейшие исследования привели его к созданию циклического процесса и разработке аппаратурного оформления. В 1893г. во Франции был пущен первый крупный глиноземный завод.

Современное производство алюминия состоит из трех стадий: добычи руды (в основном бокситов), ее переработки на глинозем и, наконец, получения первичного алюминия. В связи с растущими масштабами получения алюминия требуется и наращивание производства глинозема, как на существующих предприятиях, так и на вновь создаваемых. В производстве глинозема научно-технический прогресс идет по линии реализации ресурсо- и энергосберегающих технологий, связанных со снижением расхода тепловой энергии, механизации и автоматизации процессов. За последнее время в технологии извлечения глинозема из бокситов принципиальных новшеств не появилось, используются два основных способа: способ Байера и способ спекания. Способ Байера требует меньших затрат и экономически более выгоден, но более требователен к сырью: он годится лишь для переработки высококачественных бокситов с низким содержанием кремнезема. В целом в мире около 90% глинозема производят по способу Байера. В структуре себестоимости глинозема по этому способу основные затраты падают на сырье (40-50%), тепловую энергию (1215%) и электроэнергию (9-10%) [5].

Суммарные мировые запасы бокситов составляют более 35 млрд т, запасы же высококачественных не превышают 10% от разведанных бокситов. На начало XXI века ежегодная добыча бокситов составляла 53,5 млн т, основными мировыми производителями которых являлись, млн т: Австралия - 16,4; Европа (Италия, Ирландия, Испания, Греция) - 5,9; КНР - 5,9; США - 4,3; Бразилия -3,9; Ямайка - 3,6; Россия - 3,1; Индия - 2,6; Суринам - 1,9; Венесуэла - 1,8; Казахстан - 1,4; Украина - 1,4; Канада - 1,3 [6].

По прогнозам уже к 2015 году мировое производство алюминия достигнет более 55 млн т, на что потребуется 125 млн т глинозема или 350 млн т боксита.

Способы переработки бокситов зависят от их качества, которое определяется в первую очередь весовым соотношением оксида алюминия к диоксиду кремния или кремниевым модулем -[Д^- Он позволяет приблизительно определить теоретически возможное извлечение глинозема по способу Байера -

{(|lSr 1)/M*si}'100% (исходя из образования гидроалюмосиликата натрия состава Na20^А12Оз l,7Si02 2H20) [7]. Чем выше кремниевый модуль, тем экономичнее производство, а бокситы, содержащие более 7% диоксида кремния, принято относить к высококремнистым бокситам.

За рубежом перерабатывают бокситы с содержанием кремнезема не более 5%, что соответствует кремниевому модулю 9-11. Основная же масса перерабатываемых на глиноземных заводах СНГ бокситов по классификации Конты относится не к бокситам, а к бокситовым глинам или глинистым бокситам.

Оценкой качества бокситов является совокупность факторов, определяющих себестоимость производства глинозема. Удельный расход боксита и каустической щелочи определяется, прежде всего, содержанием оксида алюминия и диоксида кремния. За рубежом качество бокситов оценивается по базовому числу В= {АЬОз^кт.) - (Si02(aKT.) + С02)}, где А12Оз(аКт.) и Si02(aKT.) процентное содержание растворимого оксида алюминия и диоксида кремния.

Поскольку эта формула не отражает потери щелочи с красным шламом, то венгерскими исследователями было предложено оценивать качество бокситов соотношением {(С - СКа20)/0б}> где С - константа; CNa2D - стоимость

потерянной с красным шламом щелочи и Q6 - количество сухого боксита расходуемого на одну тонну глинозема.

Комплексный критерий оценки качества бокситов предложил сотрудник ВАМИ H.H. Тихонов, согласно которому бокситовый эквивалент д=0б"кбш-Поправочный коэффициент «к» учитывает разницу в стоимости щелочи и боксита, а удельные расходы боксита Qq и щелочи Qm на одну тонну глинозема соответственно равны:

еб=99/(АбЛф) и öui=990(Si6-/i + 1,45S6-^, + 0,14Сб)/(АбЛф),

где: процентное содержание в боксите оксида алюминия - серы - Эб; диоксидов кремния - 81б и углерода - Сб, фактическое процентное извлечение из боксита глинозема - г|ф; диоксида кремния - к и серы - т|3.

Качество добываемых в СНГ бокситов постоянно ухудшается, причем наблюдается не только снижение кремниевого модуля, но и повышение содержания технологически вредных примесей: карбонатов, органических веществ, соединений серы, хрома. В начале 50-х годов прошлого века среднее содержание оксида алюминия в перерабатываемых бокситах составляло 53-55% при кремниевом модуле 10-15. В начале 70-х годов, благодаря вовлечению в сферу производства бокситов Тургайского месторождения, содержание оксида алюминия понизилось до 49-53% со снижением кремниевого модуля до 6-7, причем выявилась тенденция к увеличению доли низкокачественных бокситов вовлекаемых в производство. Единственное месторождение качественных бокситов России на Урале, в связи с переходом на более глубокие горизонты выработки, дает сырье с увеличенным содержанием сульфидов, карбонатов и других вредных примесей.

В тоже время анализ минерально-сырьевой базы показывает резкое обострение проблемы восполнения запасов на добывающих предприятиях в основных горнопромышленных районах страны. Так, доля активных запасов бокситов от количества, разведанных на сегодняшний день, составляет 60^68%. На преобладающем большинстве горнодобывающих предприятий обеспеченность разведанными запасами достигла критически низкого уровня: стратегический резерв многих видов сырья на действующих месторождениях является недостаточным. Положение усугубляется также недостаточным, а по большинству видов сырья полным отсутствием новых горнодобывающих мощностей и катастрофическим свертыванием геологоразведочных работ. Подготовка ресурсной базы в объемах, рентабельных для промышленного освоения, требует от 10 до 15 лет с концентрацией значительных средств. Современная ресурсная база даже в освоенных районах характеризуется

сложной структурой, и при действующей налоговой системе не менее 50% подготовленных запасов оказывается нерентабельными для промышленного освоения. Острота ситуации усугубляется длительностью геологоразведочных циклов и сроков строительства горнодобывающих предприятий. На развитие минерально-сырьевой базы влияют факторы геолого-технологического и экономического характера. В настоящее время недостаточная комплексность добычи и переработки извлекаемых полезных ископаемых приводит к потерям до 20-30% учтенных в недрах запасов [8]. Поэтому важнейшей задачей рационального природопользования является сове�