автореферат диссертации по разработке полезных ископаемых, 05.15.08, диссертация на тему:Термохимическое обогащение низкосортных бокситов с целью расширения сырьевой базы глиноземного производства

Министерство металлургии СССР

ВСЕСОЮЗНЫЙ ОРДЕНА ТРУДОВОГО КРАСНОГО ЗНАМЕНИ НАУЧНО-ИССЛЕДОВАТЕЛЬСКИЙ И ПРОЕКТНЫЙ ИНСТИТУТ МЕХАНИЧЕСКОЙ ОБРАБОТКИ ПОЛЕЗНЫХ ИСКОПАЕШХ МЕХАНОБР

На правах рукопиои

АЕИШЕВ Жандос Джантореевич

ТЕРМОХИМИЧЕСКОЕ ОБОГАЩЕНИЕ НИЗКОСОРТНЫХ БОКСИТОВ С ЦЕЛЫ) РАСШИРЕНИЯ СЫРЬЕВОЙ БАЗЫ ГЛИНОЗЕМНОГО ПРОИЗВОДСТВА

Специальность 05.15.08 "Обогащение полезных ископаемых"

Автореферат

диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

Ленинград - 1990

Работа выполнена во Всесоюзном ордена Трудового Красного Знамени научно-исследовательском и проектном институте механической обработки полезных ископаемых "Моханобр".

Научный руководитель - - доктор технических наук,

профессор П.Л.Тациенко

Официальные оппоненты - доктор технических наук,

профессор В.И.Коротич

- кандидат технических наук О.И.Скарин

Ведущее предприятие - Научно-производственное объе-

динение "Всесоюзный алшшше-во-магниевый институт" (НПО ВАМИ)

Защита состоится "/3 1990 г. в * час.

на заседании специализированного совета Д 139.02.01 при Всесоюзном ордена Трудового Красного Знамени научно-исследовательском и проектном институте Механобр по адресу: 199026, Ленин- -град, 21-я линия, д.8а.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке института.

Автореферат разослан 1990 г.

Ученый секретарь специализированного совета, канд.техн.наук

Н.П.Хоботова

ОНЦАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА. РАБОТЫ

Актуальность проблемы. Еурнкй рост алюминиевой промышленности потребовал интенсивного цроизводства чистого оксвда алюминия - глинозема, исходным штериалом для получения которого являются бокситы. В нашей стране, где запаси высококачественного сырья ограничены, возникает необходимость вовлечения в сферу промышленного использования низкосортных и некондиционных бокситов, а также других видов глиноземсодержащего сырья. Так, на Павлодарском алюминиевом заводе (ПАЗ) была освоена сложная и эффективная схема последовательного варианта Байер-спекание, позволившая достичь высокого извлече-:ия глинозема при переработке низкокачественных гиббситовых бокситов Тургайского месторождения. Однако, в связи с истощением запасов тургайских бокситов, в настоящее время остро стоит вопрос об освоении руд других, месторождений Казахстана: Аятского, Белинского и Краснооктябрь-ского, входящих в состав Краснооктябрьского бокситового рудоуправления (КЕРУ).

В начала 2000-х гг. предполагается полный перевод ПАЗа на бокситы КБРУ. Но непосредственная переработка этого сырья на глинозем по схеме,'принятой на заводе, невозможна, т.к. бокситы содержат значительные количества железа, диоксида углерода, серы, хлора и органических веществ. Это ведет к повышенному расходу каустической соды и известняка, накоплению вредных и балластных примесей в производственных растворах, ухудшению осаждения красного шлама и показателей спекания шламовой шихты и, в конечном счете,.к снижению качества товарного глинозема. В связи с этим разработка технологической схеш получения глинозема из низкосортных бокситов Казахстана, а также изыскание возможности их

комплексного использования приобретают особую важность и актуальность.

Диссертационная работа выполнена на основании Постановления Госплана Казахской ССР J& 16/2 от 8 июля 1935 г. согласно республиканской научно-технической программе Р.0.Ц.001 "Комплексное использование многокомпонентных руд месторождений цветных металлов Казахстана" (Руда).

Цель таботы. Разработка, научное обоснование и выдача практических рекомендаций ¡термохимического обогащения низкосортных бокситов с целью расширения сырьевой базы глиноземного производства.

Научнарновизна. Экспериментально установлены и теоретически обоснованы основу интенсификации термохимического обогащения низкосортных бокситов.

Определены механизмы фазовых превращений основных минералов высокожелезистых бокситов: гиббсвта, каолинита, гематита, сидерита при магнетизирующем обжиге, анализ которых позволил рекомендовать технологические параметры интенсификации процессов обжипш .итного обогащения.

Установлены термодинамические и кинетические характеристики обжига высокожелезистых сидеритиэированных бокситов. На ЭШ разработана-. программе, осуществляющая прогноз результатов термохимического обогащения.

Показана целесообразность использования сухой магнитной сепарации обожжзнных бокситов на сепараторах с низкой напряженностью магнитного поля.

На основании теоретических и экспериментальных исследований разработана оптимальная технология совместной переработки и комплексного использования высокожелезистдх бокситов Краснооктябрь-

ского и Белинского месторождений. •

Практическая ценность. Результаты исследований термохимического обогащения низкосортных бокситов с целью расширения сырьевой базы глиноземного производства позволили разработать эффективную технологию получения глинозема с выдачей попутных продуктов - чугуна и цемента. Материалы работы использованы для проведения ТЗО перевода ПАЗа на Ю0$-ую переработку бокситов КЕРУ.

Апробация работы. Основные положения и результаты диссертационной работы доложены и обсувдены на региональных, всесоюзной и международной конференциях.

Публикации. Основные научные результаты, включенные в диссертационную работу, опубликованы в 8 научных статьях и в 5 тезисах докладов.

Объем работы. Диссертация состоит из введения, шести глав, заключения, списка литературы из £5 наименований, приложений, содержит 57 таблиц, иллюстрирована 37 рисунками и изложена на

страницах машинописного, текста.

Работа выполнена в институте "Механобр", сотрудникам которого автор благодарен за внимание и- помощь. Автор признателен сотрудникам ДМ АН.КазССР и Павлодарского алюминиевого завода за помощь в проведении испытаний по автоклавному выщелачиванию.

СОДЕЕШИЕ РАБОТЫ

I. АНАЛИЗ ТЕОРЕТИЧЕСКИХ И ЭКСПЕРЮЛЕНТАЛЬШХ РАБОТ ПО РАЗРАБОТКЕ ТЕХНОЛОГИЧЕСКИХ СХЕМ ОБОГАЩЕНИЯ НИЗКОСОРТНЫХ БОКСИТОВ

Анализ ¡линералогического и химического составов бокситов СССР в целом, и бокситов Казахстана в частности, указывает на ограниченность качественного сырья, что потребовало разработок

различных технологических схем переработки низкосортного сырья и пристального, внимания специалистов к вопросам, связанным с кондиционированием бокситов.

Железо в боксите не считается вредной примесьо, но усложняет технологический процесс получения глинозема, поэтому его количество в исходном сырье лимитируется. Для удаления из бокситов же- . леза в ряде зарубежных патентов1 предлагается магнетизирующий обжиг с последующей магнитной сепарацией. В нашей стране также проводились исследования по «бжигмагнитному обогащения бокситов, однако практическому внедрение этого метода препятствует недостаточная изученность процессов магнетизирующего обжига и магнитной сепарации бокситов, а такие отсутствие соответствующих высокопроизводительных аппаратов.

В связи о этим при выполнении диссертационной работы стави-лиоь следующие задачи:

1. Исследование основ и обоснование эффективности термохимического обогащения низкосортных бокситов.

2. Изучение особенностей минералосбрааоваиия и снятие характеристик полученных магнитных фаз при магнетизирующем обжиге высокожелезистых ездеритиаированных бокситов.

3. Проведение исследований на пробах бокситов Краснооктябрь-ского и Белинского месторождений - в перспективе основной сырьевой базы ПАЗа.

4. Изучение возможностей комплексного использования внеоко-яелезиотых евдеритизированных бокситов.

5. Разработка и ввдача тактических рекомендаций для внедрения на Павлодарском алшиниевом заводе эффективной технологии переработки низкосортных бокситов.

2. МЕТОДИКИ ИССЛЕДОВАНИЙ

Экспериментальная часть работы в зависимости от поставленной задачи исследований предусматривала проведение опытов с различными навесками исследуемого материала при различном методико-аппаратурноы построении лабораторных и укрупненных опытов.

Исследования выполнялись с привлечением современных аналитических методов: микроскопического, рентгенометрического, спектрометрического, термического, химического фазового, химического, гранулометрического, магнитного.

3. ХАРАКТЕРИСТИКА НИЗКССОРТНЫХ БОКСИТОВ КАЗАХСТАНА

Анализ современного состояния сырьевой базы ПАза позволил сформулировать следующие вывода:

- выбытие мощностей бокситов Тургайского месторождения, основного поставщика сырья для ПАЗа, наступит в конце 1990-х - начале 2000-х гг.;

- сырьевой базой завода на долгие годы станут бокситы КЕРУ, главным образом Краснооктябрьского и Белинского месторождений;

- повышение в состава бокситов, поставляемых на ПАЗ, доли руд КЕРУ приведет к существенному ухудшении качества перерабатываемого сырья за счет роста содержания карбонатов (до 2,0-2,1$ С02), серы (0,2-0,3$), органических веществ (до 0,4-0,5$ С0рГ<), а также хлора;

- из-за высокой дали вредных и балластных примесей промышленная переработка таких бокситов на глинозем по действующей на заводе схеме невозмогла, т.к. ведет к повышенному расхода каустической щелочи к известняка, накоплению серы, хлора и органических

веществ в производственных растворах, увеличению доли ветви спекания, и в конечном счете к снижению качества товарного глинозема.

Проведенные в 60-е гг. научные исследования п проектные проработки по возданному использованию краснооктябрьских бокситов завершились выводом о том, что наиболее эффективным способог переработки указанных бокситов является спекание. Промышленная не практика свидетельствует о низкой рентабельности в настоящее время производства металлургического глинозе.ча этим способом по причине высоких удельных капвложений, а такие повышенного расхода топлива и электроэнергии. Поэтому вариант переработки краснооктябрьских бокситов по методу спекания на действующем заводе признан нецелесообразным.

Такш образои, в настоящий моьгант остро стоит вопрос разработки надежной технологической схеш переработки низкосортных бокситов КБРУ на ПАЗе. В связи с этим необходимо тщательное изучение минералогических- характеристик изучаемых бокситов. Для исследований были выбраны представительные пробы бокситов, которые изучались' с привлечением широкого спектра современных аналитических методов.

По средним качественным показателям бокситы всех месторозде-ний КЕРУ характеризуются сравнительно низкой кассовой долей глинозема (40-48$), повышенной долей кремнезема (8-14$) и оксида железа (11-2$). В бокситах К£аснооктябрьского месторождения о тачается высокая массовая доля диоксида углерода (в среднем 2,4$ цри колебаниях от 1,0 до 10,3$) при среднем содержании серы -0,44$ и хлора - 0,14$. Б бокситах Белинского месторождения -высокая массовая доля хлора ( 1,0$ при колебаниях от.0,6 до 3,0$) цри среднем содержании диоксида углерода - 1,0$ и .серы -0,25$. Анализ этих руд с точки зрения обогащения показал, что:

- по вещественному составу бокситы КЕРУ относятся к каалинит-гиббситовому типу с повышенной массовой долей минералов железа;

- в краснооктябрьских бокситах железо находится в виде карбонатов (сидеритов), в белинских бокситах - в виде оксидов и ги-дроксидов;

- отмечается тонкодисперсная форма и тесное взакмопрораста-ште минералов: гиббсита с каолинитом, оксидами железа, сидеритом; сидерита - с оксидами железа, шамозитом, гиббситоы;

- исследовашше пробы, особенно пробы бокситов Белинского месторождения, представляют собой сложный труднообохатимый ыите-риал.

4. ИССЛЕДОВАНИЕ ФИЗИКО-ШЛНЕСКИХ .

ОСОБЕННОСТЕЙ ПРОЦЕССА ОБЖГА БОКСИТОВ

В данном разделе приведены результаты исследований фазовых превращений основных минералов бокситов: гиббсита, каолинита, гематита, сидерита и их смесей при обжиге с восстановителем и без него.

На термограмме А£(ОН)3 отчетливо проявляются шесть эндотермических эффектов, четыре из них сопровождаются потерей массы (см.табл.1).

Таблица I

Превращения АС (ОН) при нагревании

Температура Тепловой эффект, кДе/моль Процесс

80 -46 Десорбция физически связанной вода

260 ■•153,1 А£30уЗМг0-Аег03-2,5Н20*0,5Н20

380 -240,6 Аехоъ ■2.5Нго *ле2о3няо * 1,5нго (обра зование бемита)

580 -231,2 Аего3-нго -Ае2о3*нго (образование у- АСг03 )

При дальнейшем нагревании претерпевает ряд поли-

морфных превращений с образованном конечного продукта - химически инертной при гидроь'эталлургаческой переработке фазы корунда (¿-Аел03 ). Присутствие снижает температуру перехо-

да, поэтому при температурах обжига выше 750°С, в бокситах, где железо находится в виде оксидов и гидроксвдов, появляется ¿-АС203 , Эндотермический эффект при 600°С связан с дегидратацией каолинита и образованием метакаолинита.

Исследования технологических условий образования магнетита при восстановлении гематита и разложении сидерита проводили на установке, характеризующейся высокой герметичностью при температурах 600-800°С и продолжительности обжига 30 мин. Для создания восстановительной атмосферы в шихту добавляли Б? активированного угля.

На рис.1 приведены величины магнитной восприимчивости обожженного материала и результаты рентгенометрического анализа фазового состава продуктов разложения сидерита в виде:

- относительных количеств магнетита и других компонентов, которые характеризуются максимальной интенсивностью характерных для этих минералов линий на дифрактограммах;

- величин межплоскостных расстояний & магнетитовой фазы.

В результате обжига карбоната железа, содержащего примеси

АСг03 ъ ЫОг , во всем интервале температур 600-800°С сидерит полностью разлагается, гематит не обнаруживается и магнетит является основной минеральной фазой. Снижение параметра а магнетита и появление в продуктах обжига елюможзлозастой шпинели горда-, лотового ряда являются следствием того, что при рысокой дисперсности и тесном контакте минералов, что имеет место в бокситах,

и

01 I н

о

о -

яю о

I*

►ч

о о

12

«

И И

(>> и

О

0,842

- 0,838

о ы о о га Р)

0,834

и о й Р-1

а § 0,830 30

20

10

Температура,

М^Ь - магнетит, \л/ - вюсгит, А Г - алшожелезиетая шпинель

Рис.1. Характеристика магнетитов, полученных разложением сидерита

создаются условия, благоприятные для вхождения в кристаллическую

*р с ; **

решетку ыагаэтитов активных ионов Ас и о < , имеющих

ионные радиусы меньше, чем у иона 3-е3* . Все это, а такие по-лвлоние вюстита ведет к снижению магнитных свойств обожженного материала. .

Результаты исследований показали, что:

- при магнетизирующем обжиге бокситов, содержащих железо в ваде оксидов и гидроксидов, магнетаты с высокими параметрами кристаллической решетки образуются при температурах 750-800°С, но верхний предел ограничен 750°С, т.к. при этой температуре начинается кристаллизация аморфного глинозема и образуется труднорастворимый корунд, что влечет за собой ухудшение показателей последующего выщелачивания;

- при магнетизирующем обжиге высокосидеритизированнкх бокситов, магнетита с высокими'параметрами кристаллической ре те пси образуются при температурах 600-650°С, и верхний предел ограничен €50°С, т.к. при этой температуре в продуктах обжига .начинают появляться вюстит и минералы герцинатового ряда, что приводит к снижению магнитных свойств обожженного боксита.

Присутствие восстановителя оказывает положительное влияние на разложение сидерита, т.к. глубже протекают процессы магнети-зации, что подтвердили в дальнейшем результаты обкигмагнитного обогащения высокосвдеритизированных бокситов Краснооктябрьского месторождения.

Обработка экспериментальных данных показала, что для описания процесса разложения сидерита при обжиге высокосидеризирован-ных бокситов применимо уравнение Ерофеева для топохимических реакций:

у = /- ехр (-ИТ)"

По рассчитаянш значениям условной константы диссоциации сидерита и коэффициента диффузии диоксида углерода получили ж температурные зависимости.

На 2Ш был проведан термодинамический расчет и математическое моделирование процессов минералообразования при магнетизирующем обжиге шсокогхелззистых и высокосидоритизировашшх бокситов Белинского и Краснооктябрьского месторождений. Программа "Селектор" позволяет прогнозировать результата обжига в зависимости от изменения исходного состава бокситов и параметров обжига.

5. ЖИРАТОМ® ИССЛЕДОВАНИЯ ТЕКЛОЖШЕСЮЮ 0Б0ГАЩЗНЖ НИЗКОСОРТНЫХ ВОКСИТОЕ КАЗАХСТАНА .

Впервые изучены особенности термохимического обогащения бокситов Белинского месторождения, имеюпргх высокое содержание хлоридов (массовая доля С6 более I%) и высокосвдеритизированных бокситов Краснооктябрьского месторождения (массовая доля С02 от 3,5 до 7,7%).

Исследовано влияние регулируемых параметров обжига на пока- • затели обогащения и ридрометаллургической переработки. Опыты про-ПО схеме двух- и трехфзкториого ротатабельного цент^-щ.-й5-яо1.яюг;{цконного плана экспериментов, где аргументами являлись:

а) т<я®9рзтура обжига, продолжительность обжига (2 фактора);

б) температура обжига, продолжительность обжига, количество твердого восстановителя в пихте или расход воздуха (3 фактора).

В результате обработки на ЭВМ жеиеряментальных данных были полу-чегги кзтбизкигехке шделк процесса обжига, связывающие технологические показатели с вышеперечисленными факторам.

Лабораторные ошты проводились в следующих условиях: бокситы обжигали в различных наведенных средах; мокрую магнитную сепарацию обожженных продуктов осуществляли на сепараторах с напря-■ жениостью магнитного поля 120 кА/м; автоклавное выщелачивание цро-водили при температуре 230°С и продолжительности 2 часа, концентрация оборотного раствора 200 г/л А/аг Ок , каустический модуль = 3,4, в алюминатном растворе еСм =1,6.

Проведены исследования по термохимическому обогащению белинских бокситов. Результата обжига в восстановительной атмосфере показали, что даже при температуре 750°С и продолжительности 40 мин. степень удаления хлора достигает лишь 24$, сера практически не удаляется, при степени удаления диоксида углерода -95$. Выход магнитной фракции цри мокрой магнитной сепарации составляет 9-10$ при массовой доле и извлечении железа 44-4555 и 27-28%, соответственно. При этом в магнитную фракцию переходит такие 5,5/6 оксида алюминия. Таким образом, обогащение боксита Белинского месторождения обжигмагнитным методом неэффективно, т.к. приводит к значительным потерям глинозема с магнитной фракцией на 5% извлеченного железа). Это объясняется тем, что железо в белинских бокситах находится в виде тонкодисперсных оксидов, пропитывающих основную массу материала.

Максимальное извлечение глинозема в раствор при автоклавном выщелачивании обожженного продукта составило лишь 95% (от теоретически возможного), в то время как при переработке исходного сырого боксита этот показатель равняется 98,5$. Поэтому при совместной переработке на ПАЗе белинских и краснооктябрьских бокситов рекомендуется подакхтовка первых в сыром виде ко вторым в количестве не более 45$ от общего количества шихты. Это позволит

снизить до допустимого предела ( ~ 0,5$ С6~ ) массовую долю хлора в бокситовой смеси, поступающей ь процесс Байер-спекание.

Обжиг краснооктябрьских бокситов проводили в нейтральной атмосфере при температурах 600-800сС и продолжительностях 20-60 мин. Рентгенометрическим анализом установлено, что в обожженных продуктах отсутствуют исходные карбонаты железа. Начиная с 600°С отмечается наличие магнетита. Количест: э вюстита незначительно, однако его становится больше при 800°С. Наряду с магнетитом высоких параметров образуются шинельные фазы герценитового ряда с пониженными параметрами а, . Выход магнитной фракции при ММС составил 14,3-14,4$ при массовой доле железа 51,0-51,3$. Извлечение железа и оксида алюминия в магнитную фракцию составило, соответственно 45,8-46,2$ и 3,5-4,0$. Высокое извлечение глинозема в раствор (99,0$ от теоретически возможного) достигнуто при автоклавном выщелачивании немагнитной фракции. В отдельных опытах получены еще более высокие технологические показатели.

Исходя из результатов обжигмагнитного обогащения и автоклавного выщелачивания, рекомендуемая температура обжига красноок-.тябрьских бокситов 650°С при продолжительности 40 глин. При этом удаляется более 95$ диоксида углерода, более 25$ серы и хлора. С целью улучшения показателей магнетизирующего обжига была проведена серия опытов с добавкой к бокситу твердого восстановителя - бурого угля. Максимальные выходи магнитных фракций и извлечения в них' железа достигнуты при добавках 0,5-1,0$ угля; при этом массовая доля железа в магнитной фракции более 51$. Наилучшие показатели автоклавного выщелачивания отмечаются при добавках в пихту обжига 1,0-1,5$ угля.

Исследования по сухой магнитной сепарации показали принципиальную возможность использования операции CMC с цо^ыо выделения из обожженного боксита основной массы ашлинийсодержащего продукта, пригодного для переработки по схеме Еайер-слжа;иэ и железосодержащего продукта, идущего да дообогащоние с яоодэд,»-щим использованием в черной металлургии, С этой далью йил проведен обжиг пробы краснооктябрьского боксита .при адшературе 650°С, продолжительности 40 мин., добавке в шихту 2,0 твердого восстановителя. В результате CMC на сепараторе ПКШ-40/Ю (235-СЭ) при напряженности магнитного поля 80 кА/м выделили .два продукта: немагнитный (алюминиевый) концентрат и магнитный (железистый) продукт.

Состав алюминиевого концентрата (массой» доли -

61,5%, Si02 -16,6%, ¿ЪоГщ -4,1% при извлечении -

94$) позволяет использовать его в процессе Байер-спекание. Магнитный продукт после мокрой магнитной перечистки имеет состав, %:

cSua,- 55,0$; /¡е203 -10,2$; SL03 - 4,0$ и может быть применен для получения чугуна и глиноземистых ишаков.

Таким образом, обжютлагнитное обогащение высокосидеритпзи-рованных бокситов проходит с высокими технологическими показателями. Ери совместной переработке рекомендуется смешивание сырых белинских и обогащенных краснооктябрьских бокситов с последующим автоклавным выщелачиванием смеси, что позволит снизить общее поступление диоксида углерода, серы, хлора и органических веществ з производственные растворы ПАЗа.

6. РАЗРАБОТКА ТЕХНОЛОГИИ КОМПЛЕКСНОГО ИСПОЛЬЗОВАНИЯ . НИЗКОСОРТНЫХ БОКСИТОВ КАЗАХСТАНА

На основании результатов лабораторных исследований дая проведения укрупненных испытаний была предложена технология совместной переработки бокситов Краснооктябрьского и Белинского местом рождений с предварительным обжигмагшшшм обогащением краснооктябрьского боксита, его смешиванием с сырым белкнсккм бокситом н автоклавным выщелачиванием смеси. Химический состав материалов и продуктов показан в табл.2.

Таблица 2

Химический состав исходных материалов и коночных продуктов

Наименований Массовая доля, % % Влажность , %

а его3 аог СО, се~ п.п.п.

ВБ 41,0 11,9 17,5 4,62 1,04 0,14 24,0 3,45 18,0

НБ 39,7 11,6 20,8 0,00 0,33 1,10 21,5 3,42 18,0

ОБ 50,2 13,4 23.5 0,40 0,80 0,10 4,0 3,75 1,0

ОП 50,9 18,8 12,1 0,31 0,54 0,12 5,1 2,71 25,0

А1С 57,0 14,9 18,5 0,42 0,81 о,и 4,1 3,83 1.0

АКЮП+НБ 48.3 14,С 18,6 0,48 0,57 0,54 11,2 3,.Э 10,0

шп 22,4 6,8 63,2 0,22 С,73 0,10 3,1 3,29 1.0

мпп 14,7 4,7 76,8 0,12 0,75 0,06 3,0 3,12 9,2

Магнетизирующий обжиг высокосидеритизированного боксита (ВБ) проводили на опытной установкэ Механобра. В качестве восстановителя использовали бурый уголь Майкюбенскогэ месторождения (1,0$ в шихте). Температура обжига 650°С, продолштельность 40 млн., крупноеть обжигаемого боксита 20-0 ш. В результате выход обои- ■ женного боксита ('ОБ) составил около 64$ (от исходного). При этом

ж Обозначения смотри по тексту

происходило интенсивное самойзмельчение материала; по результатам ситового анализа средний диаметр частиц до обжига равнялся 5,7 мм; после обжига - 3,6 мм. Рентгенометрический анализ показал отсутствие в нем гвдроксидоз и карбонатов железа, оксида железа представлены магнетитом; А6г03 находится в аморфном состоянии; каолинит превратился в метакаолинит. Кроме того, отмечается вынос пыли из печь в количестве около 16$ (от исходного боксита) . Пыль обжига представляет собой тонкий мелкодисперсный материал, высокая удельная поверхность которого 8500 см^/г) позволяет успешно провести его предварительное окомковаяие. Окатыши пшш (ОП) нацравляются на смешивание с более качественными глшоземсодержащими продуктами.

В результате СМС получены два продукта: немагнитный (алюминиевый) концентрат (АК) и магнитный (железистый) продукт при выходе соответственно 57,6 и 5,4$ (от исходного). Магнитный продукт (МП) непосредственно (кассовая доля ^ - 44,2$) или после мокрой магнитной перечистки ( Ге 0(3ц - 53,7$) может быть использован в качестве присадки к лисаковским концентратам. На омешилание (по балансу добычи и выходов) подавали алюминиевый концентрат (45$ от общего веса шихты), окатыши пыли (12$) и низ-косвдеритиэировашшй боксит (43$). Испытания проводили в барабанном смесителе в водопадном режиме.

В опытно-металлургическом цехе ПАЗа на заводских оборотных и алшинатных растворах были проведены укрупненные лабораторные опыты по автоклавному выщелачиванию смесей по стандартным методикам института ВАМИ. Состав оборотного раствора по А/агОн = = 200 г/л; каустический модуль =3,1. Дозировка продуктов

принималась из расчета получения в алюминатннх растворах еСн = = 1,6. Вщелачивание проводилось при температуре 240°С, продолжи-

тельности 1,5 часа. Извлечение глинозема из смеои в раствор составило 99-100$ (от теоретически возможного). Кремневый модуль (отношение концентраций А6г03 и $¿0^ в г/л) раствора после обескремнивания - 654 единицы, что является высоким технологическим показателем. Скорость сгущения красного шлема составила 0,26 м/час. Набухание шлама в процессе отстаивания не наблюдалось. Рекомендована 4-х кратная промывка красного шлама.

В укрупненно-лабораторном масштабе изучалась возможность получения из магнитных продуктов агломератов, пригодных для выплавки чугуна и высокоглиноземистых шлаков, с основностью (м.о. Со.О/ /5Юг) равной 1,25 и 1,50 при постоянной массовой доле оксида магния 7,5 и 10,0$. Такой состав агломератов наиболее полно стзочает технологическим требованиям работы доменных печей на низкомодуль-них железорудных материалах. Шихта для окускования составляюсь из лисаковского концентрата (Ж), магнитных продуктов двух типов, известняка и доломита. Топливо - карагандинский кокс и .малосернистый мазут. Сравнительные расчеты, выполненные на основании данных процесса окускования Ж с присадкой 10-15$ различных сортов Ш в железорудную часть шихты при постоянной основности агломератов показали, что массовая доля железа н обратный кремневый модуль сп. даются при добавках, соответственно:

МП1 - озц на 1,2-3,0$ и ^О3/лег0^ о 0,37 до

0,63-0,55;

МПП-- Яг обч на 0,1-0,2$ и с 0,87 до

0,7&-0,75.

Такие агломераты пригодны для выплавки передельного чугуна. в планов с массовой долей оксида алюминия 30-40$. Шлаки, в свою очередь, являются сырьем для получения глинозема и цемента способом содо-язвествякового спекания.

В результате укрупненных исследований по совместной переработке высокосидеритиЕировашшх и низкосидеритизированных бокситов и использованию магнитных продуктов обогащения в качестве сырья для черной металлургии предложена принципиальная технологическая схема комплексного использования низкосортных бокситов КЕРУ (см.рис.2). При этом обжигмагнитное обогащение краснооктябрь-ских бокситов, грануляция пыли обжига, смешивание алюминиевого концентрата, окатышой пыли и сырого белинского боксита проводится на руднике, а автоклавное выщелачивание смеси на заводе. Основными преимуществами этой технологии следует признать следующие:

- значительное снижение массовой доли железа, диоксида углерода, серы, хлора и органических веществ в товарной смеси бокситов Краснооктябрьского и Белинского месторождения по сравнению с исходными бокситами в отдельности;

- общее снижение грузопотока по железной дороге с рудника на завод на 15-20$; '

- снижение влажности товарной руда с 18$ до 10$, что позволяет изоеяать сморзаемости боксита в железнодорожных вагонах;

- использование технологической пыли обжига без дополнительных затрат на транспортировку и хранение;

- снижение общих затрат на обогащение бокситов за счет реализации попутной продукции.

Результаты расчетов показывают, что с переводом завода на бокситы КЕРУ по варианту с обжигмагкитным обогащением высокоси-деритизированной части бокситов, мощность ПАЗа по отношению к утвержденной может быть увеличена на ~ 6$. Перевод выщелачивания на автоклавные условия позволит увеличить извлечение глинозема на 3-4$ в'ветви Байера и соответственно повысить товарный

Бурый уголь

Бысокосидвритизированный Низкосндеритарированный боксит__боксит

Г

Магнетизирующий обжиг

боксит

Сухая магнитная сепарация

I I

Магнитный Немагнитный

Ра-продукт Ее-кондентрат Л1-продукт

Пыль обзшга

Грануляция

Окатыша пыли

V /

Окускованиз

Доменный парадал

—М/—

Смешивание

Глдноэемсодарзащая смэсв

I

Еыщелачпванле

Чугун

Потребителе

Глиноземистый шлак Красный илам Алпдшатшй раствор Спекание Спек

Выщелачивание

Серый шлам

• г~

Получение цемента

I

Портландцемент

г~

Потребителю

1

Алшянатный раствор

Т

-х /—

Получение глинозема

г~

Глинозем

Потребителю

Рис.2. Принципиальная технологическая схема комплексного использования низкосортных бокситов КЕТУ

выход глинозема. За счет разрушения сидерита при облейте и удаления части железа при магнитном обогащении значительно снижаются расхода каустической соды и известняка, улучшается кристаллизация красного шлама, уменьшается доля ветви спекания.

По материалам р&боты составлен регламент для проведения ТЭО перевода ПАЗа на 100$-ную переработку бокситов КЕРУ. На основании данных регламента к проектных разработок институтов ВАШ и Гшро-никель был выполнен предварительный расчет экономической эффективности переработки низкосортных бокситов КБРУ на глинозем по последовательной схеме Еайер-спекание с предварительным обжиг-иагнитнш обогащением красяооктябрьских бокситов в сравнении с вариантом окислительного обжига краснооктябрьских бокситов. В соотЕетотвии с выполненными расчетами как по себестоимости I т глинозема - 2,06 руб., так и по уровню приведенных затрат -1,31 руб. предложенная технология эффективнее технологии окислительного облита.

основные швода

I. На основании теоретических и экспериментальных исследований изучены механиьш фазовых превращений минералов высокока-лезистых бокситов: гиббеита, каолинита, гематита, сидерита при магнетизирующем оожиге. Гиббсит поэтапно переходит в А6г 03 и корунд ( иб - А£203) г каслинит превращается в метакаолинит. Установлены характерна этапы в механизме магнетизации гематита и сидерита: восстановление Тег03 и разложение 2еС03 с образованием 04 ; образование максимального количества магнитных фаз, определяющих наиболее высокую удельную магнитную восприимчивость обо.токенного материала; перевосстановление магнетита с

образованием вюстита и алюможелезистых шпинелей герценитового ряда. Комплексом аналитических методов доказано присутствие в кристаллической решетка магнетитов изоморфнозамещенных конов. Впервые разработана программа для ЭК.1, которая позволяет проводить термодинамический расчет и математическое моделирование механизмов минералообразован!1я и делать прогноз результатов обжига зысокояэлезистых. бокситов в зависимости от изменения исходного состава и параметров обжига. Установлен температурные зависимости константы диссоциации $еС03 и коэффициента диффузии С02, характеризующие процесс разложения сидерита при обжиге бокситов.

2. Впервые изучено термохимическое обогащение бокситов КЕР7 о повышенными содержаниями хлоридов (более 1% СС ) и карбонатов (более 3,5/? СС^); для которых определены оптимальные технологические парадетри процессов. Исследования по рациональному использованию бокситов Белйнского месторождения показали, что извлечение глинозема при автоклавном выщелачивании обожженного продукта составило 95% (от теоретически возможного), что уступает этому показателю для сырого боксита. Поэтому при совместной переработке белинских и краснооктябрьских бокситов рекомендуется подшихтовка первых (до 45$ от общего количества) ко вторым в онром виде, что позволит снизить общее поступление хлора в производственные растворы. Исследования по обжщгмагнитному обогащению бокситов Крас-яооктябрьского месторождения показали, что в оптимальных условиях обжига достигнута степень удаления диоксида углерода более 955?. Мокрая магнитная сепарация обожженного боксита при напряженности поля 120 кА/м обеспечивает получение кондиционных продуктов: нема пштного алюминиевого концентрата (55-64$ А6яО^) и магнитного железистого продукта (51-57$ Яг общ). Достигнуты высокие показатели извлечения глинозема при автоклавном выщелачпвапии аянш-

пивного концентрата -.99$. Впервые показана целесообразность при менения сухой магнитной сепарации обожженного боксита на сепаратора:: с низкой напряженностью магнитного ноля 80 кА/м.

3. Разработана технология совместной переработки и комплекс ного использования бокситов Краснооктябрьского и Белинского месторождений, включающая магнетизирующий обжиг краснооктябрьского боксита, сухую магштную сепарацию обожженного продукта, окомко-аание'шли обжига, смешивание алюминиевого концентрата и окатышей пыли с сырым белинскшл бокситом на руднике и автоклавное выщелачивание смеси на заводе. Проведенные на опытной базе института Мехакобр и на Павлодарском алюминиевом заводе укругшешше испытания подтвердили технологические параметры и показатели процессов:

- крупность обжигаемого боксита 20-0 мм, количество твердого восстановителя в шихте 1$, температура обжига 650°С. Сухая магнитная сепарация обеспечивает получение алюминиевого концентрата (57,0$ Авг03) и железистого продукта (44,2$ Те обш);

- железистый продукт непосредственно или посла мокрой магнитной ; ^ечистки (53,7$ »/е 0(}щ) используется в качестве добавки (10-15$) к концентрату ЛГОКа с целью совместного оку скованна и доменной плавки, что обеспечивает выплавку передельного чугуна и високоглпноземистих шлаков, пригодных для производства

'глинозема и цемента;

- характеристика окатышей шиш: влажность 25$, крупность

гранул 3-10 мм, сопротивление на раздавливание - 1,2 кг/окатыш. *

■В барабанный смеситель подается алюминиевый концентрат (45,0$ от веса шихты), окатыши пыли (12,0$) и сцрой белкнсюш боксит (43,0$); '

2Г,

- концентрация раствора при выщелачивании смэси 200 г/л /Иа20м, о6к =3,1; расчетный =1,6; температура 240°С,

продолжительность 1,5 часа. Извлечение-глинозема составляет 99-100$ (от теоретически возможного). Обескремпшзание шпоминатного раствора при 98°С в течение 4 часов обеспечивает кремневый модуль более 650 единиц; скорость слива при отстаивании составляет

0.26.м/час.

4. Технико-экономическими расчэтами установлено, что себестоимость I т глинозема по разработанной технологической схеме на 2,06 руб., а приведенные затраты на 1,31 руб. нигк- по сравнению с вариантом окислительного обжига подобных бокситов. В промышленном масштабе процессы магнетизирующего обжига бокситов, сухой магнитной сепарации обожженного продукта, грануляции га-'ли обжига, смешивания глшюзепсодержащих продуктов, а также утилизации магнитных железосодержащих продуктов технически решаются на базе серийно кзготааишаемого технологического оборудования.

По результатам исследований составлен технологический регламент для проведения ТЗО перевода ПАЗа на 100$-ную переработку бокситов КЕРУ.

Основные положения диссертации опубликованы в следующих работах:

1. Абишев Ж.Д., Тациенко П.А» Магнетизирующий обжиг высокожеле-злетых сидаритизированных бокситов Краснооктябрьского месторождения. - Тез.докл.научн.-техк.конф. "Создание и совершенствование энергосберегающих технологий в пирометаллургии", Караганда, 1988, с.З-

2. Тациенко П.А., Батищева Т.А., Абишев Ш.Д. Магнетизирующий обжиг высокосидерлтпзированных бокситов Краснооктябрьского месторождения. - Обогащение руд, 1989, 5, с.24-2?.

3. Рахимов А.Р., Абишев Е.Д. Разработка технологии комплексного использования сидеритизированных бокситов Казахстана. - Тез. докл.межотрасл.научн.-практ.конф. "Рациональное использование промышленных отходов в регионе", Караганда, 1Э89, с.48-49.

4. Ыухнмбекова М.К., Рахимов А.Р., Абишев Ж.Д. Переработка алюминиевого концентрата из сидеритизированных бокситов КБРУ по существующей схеме ПАЗа. - Тез.докл.межотрасл.научн.-практ. конф. "Рациональное использование промышленных отходов в регионе", Караганда, 1989, с.50-51.

5. Магнетизирующий обжиг высокосидеритизированных бокситов Крас-нооктябрьсксго месторождения с последующей сухой магнитной сепарацией. /П.А.Тациенко, А.Р.Рахимов, Ж.Д.Абишев и др. -Компл.использ.минер.сырья, 1990, й 4, с.14-17.

6. Тациенко П.А., Абишев Е.Д., Батищева Т.А. Обжиг бокситов Белинского местороадения. - Компл.использ.минор.сырья, 1990,

й 5, с.43-46.

7. Тациенко H.A., Абишев Е.Д., Батищева Т.А. Термохимическое обогащение бокситов, содержащих повышенные количества хлоридов, с цзлью их кондиционирования. - Обогащение руд, 1990,

Ä 2, с.10-13.

8. Куценко В.Ф., Тациенко П.А., Абишев Е.Д. Разработка технологии Грануляции и смешивания продуктов обаиплагнитного обогащения низкосортных бокситов Казахстана. - Обогащение руд, 1990,

й 3, г.19-21.

9. Комплексное использование шсококелезистых сидеритизированных бокситов Казахстана. /П.А.Тациенко, Т.А.Еатищэва, Л.Д.Абишев и др. Обогащение руд, 1990, Я 4, с.36-38.

10. Перспективы доменной плавки низкомодальных оканышей из обжиг-магнитного концентрата ЛГОКа с присадкой бокситового магнитного продукта. /А.Р.Рахимов, П.А.Тациёнко, С.Т.Габдулдпн, Ж.Д.Абишев - Тез.докл.зсесоюзн.научн-техн.конф. "Проблемы теории и технологии подготовки железорудного сырья для доменного процесса и базкоксовой металлургии", Днепропетровск, 1990, с.155-156.

11. Разработка технологии комплексной переработки высокосидери-тизированных 'бокситов Казахстана. /А.Р.Рахимов, Т.Б.Туроун-баав, Ж.Д.Абишев, П.А.Тэциенко - Вестник ЛН КаеССР, 1990,

й 7, с.29-39.

12. Абшлев Ж.Д. Разработка технологии комплексного использования сидеритпзировашшх бокситов Казахстана. - Цв.мзталлургня, 1990, 8, с.48-50. .

13. Абшлев Ж.Д., Тациенко П.А., Рахимов А.Р. Комплексное использование высокожелезистнх бокситов Казахстана. - Тез.докл. маждунар.научн.-тохн.конф. молодых ученых и специалистов "Производство глинозема, алюминия и легких сплавов", Ленинград, 1990, с•1.

З.Б84 т.100 2/11-ЭОг.Мвханвбр. Бесплатно.