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

кандидата технических наук
Абишев, Жандос Джантореевич
город
Ленинград
год
1990
специальность ВАК РФ
05.15.08
Автореферат по разработке полезных ископаемых на тему «Термохимическое обогащение низкосортных бокситов с целью расширения сырьевой базы глиноземного производства»

Автореферат диссертации по теме "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.