Результат интеллектуальной деятельности: СПОСОБ ПЕРЕРАБОТКИ БОКСИТОВ НА ГЛИНОЗЕМ

Изобретение относится к области цветной металлургии, в частности, к технологии производства глинозема из бокситов.

Из уровня техники известен способ переработки железоглиноземистого сырья (Патент РФ №2086659. Способ переработки железоглиноземистого сырья. /Буркин С.П., Логинов Ю.Н., Коршунов Е.А. и др. Заявл. 03.09.93, МКИ С21В 11/00, С22В 7/00, БИ №22 от 10.08.97, Логинов Ю.Н., Буркин С.П., Логинова И.В. и др. Восстановительная плавка красных шламов глиноземного производства. Сталь, 1998, №8. С.74-77), включающий пирометаллургическую обработку исходного сырья в виде смеси боксита, красного шлама глиноземного производства и углеродсодержащих добавок. Благодаря нахождению благоприятного соотношения между кремнеземом, глиноземом и оксидами железа в шихте удалось провести процесс восстановительной плавки с разделением отдельных компонентов шихты на железо и высокоглиноземистый цемент и тем самым добиться комплексной переработки железоглиноземистого сырья. Недостатком процесса является необходимость использования углеродистого восстановителя, который должен одновременно играть роль топлива. Это привязывает процесс переработки к наличию источников дешевого твердого топлива, в качестве которого предложено применять коксовые составляющие колошниковых шламов и пылей. В целом, применение пирометаллургических способов требует применения больших затрат на источники тепла и ремонт огнеупорных футеровок печей.

Меньших энергетических затрат требует применение методов гидрометаллургии, в той или иной степени использующих метод Байера.

Из уровня техники известен способ переработки бокситов по параллельной схеме Байер-спекание (Лайнер А.И. Производство глинозема. М.: Металлургиздат, 1961, 620 с, с.570-572). В байеровской ветви перерабатывается малокремнистый боксит, а в спекательной высококремнистый. При этом компенсация потерь щелочи в обеих ветвях схемы производится введением в шихту спекания кальцинированной и оборотной соды. Недостатком является получение большого количества экологически небезопасного побочного продукта - красного шлама и проблем хранения его на шламохранилищах.

Имеется ряд известных способов, направленных на улучшение технологических показателей переработки бокситового сырья и упрощение технологии по вышеуказанной схеме. Например, при переработке бокситов СУБРа для вывода карбонатов из ветви Байера предусматривается классификация после измельчения в ветви Байера пульпы по классу - 3-10 мм, минусовой класс.

Минусовой класс перерабатывается с последующим доизмельчением и выщелачиванием в ветви Байера, а плюсовую фракцию подвергают вторичной классификации по классу 15-40 мм, плюсовой класс выводят из процесса, а минусовой направляют в спекательную ветвь на приготовление шихты. Таким путем осуществляется частичный вывод из процесса карбонатных минералов исходного сырья (Патент РФ №2039704. Способ переработки боксита по параллельной схеме Байер-спекание/ Савченко А.И., Чернабук Ю.Н., Лобанов В.А. и др. Заявл. 21.08.92, МКИ C01F 7/38 от 20.07.95).

По другому способу (авт.св. СССР №1423498. Способ переработки бокситов на глинозем/ Логинова И.В., Корюков В.Н., Лебедев В.А. и др. Заявл. 26.11.86, МКИ C01F 7/06, БИ №34 от 15.09.88) усовершенствование с целью повышения извлечения полезных компонентов из бокситового сырья обеспечивается за счет автоклавного выщелачивания спеков частью алюминатного раствора байеровской ветви и последующей совместной декомпозиции алюминатных растворов обоих ветвей.

Во всех перечисленных способах усовершенствование касается в основном байеровской ветви и в небольшой степени передела гидрохимической переработки спека.

В качестве усовершенствования параллельной схемы в источнике (Логинова И.В., Корюков В.Н. и др. Совместное выщелачивание бокситов и спеков. Известия вузов. Цветная металлургия, 1986, №4. С.43-48) предложено производить совместное выщелачивание бокситов и спеков по способу Байера. В этом техническом решении упрощается аппаратурно-технологическая схема ветви спекания боксита за счет ликвидации в ней диффузионного и других видов выщелачивания спека а также обескремнивания алюминатного раствора.

Недостатком этого решения является наращивание потоков в ветви Байера, вследствие чего могут увеличиться потери глинозема и щелочи с красным шламом при ухудшении качества спека, в особенности при спекании высококремнистого бокситового сырья.

Все вышеизложенные способы в области гидрометаллургии обладают общим недостатком - низкими технологическими показателями в ветви спекания (большой удельный расход топлива, щелочей, низкий товарный выход глинозема, отсутствие возможности комплексного использования полученных красных шламов).

Наиболее близким по совокупности существенных признаков является способ переработки бокситов на глинозем по способу Байера, принимаемый за прототип (Лайнер А.И. и др. Производство глинозема. М.: Металлургиздат, 1978. 344 с. С.63).

В соответствии со способом по прототипу осуществляют размол боксита в оборотном растворе, его выщелачивание, сгущение с получением алюминатного раствора и красного шлама. Затем проводят промывку красного шлама, декомпозицию алюминатного раствора с получением гидроокиси алюминия и маточного раствора, выпарку маточного раствора с получением оборотного раствора. Затем выполняют кальцинацию гидроокиси алюминия с получением глинозема.

По прототипу красный шлам, полученный в ветви Байера, направляется в отвал. Объем производства шламов только одним Уральским алюминиевым заводом составляет 0,7-1,0 млн т в год. Красные шламы накапливаются в шламохранилищах и практически не утилизируются, представляя собой угрозу окружающей среде из-за просачивания в грунтовые воды едкой щелочи и образования большого количества пыли в засушливое время года. В то же время красные шламы содержат такие ценные компоненты как оксиды алюминия, кремния, железа, редкоземельных металлов.

Задачей предполагаемого изобретения является повышение химического выхода глинозема, уменьшение выхода красного шлама, снижение содержания глинозема в нем и повышение содержания в нем оксида железа.

Поставленная задача решается тем, что после размола боксита в оборотном растворе, полученную пульпу нагревают до удаления воды из оборотного раствора с получением сухого остатка, упаренную воду конденсируют, соединяют с сухим остатком и направляют на выщелачивание, после операции сгущения алюминатный раствор подвергают операции обескремнивания с получением белого шлама и алюминатного раствора, который направляют на операцию декомпозиции.

Высокожелезистый красный шлам, полученный после выщелачивания, направляют на извлечение железа, титана и редкоземельных металлов.

Сущность предлагаемого технического решения заключается в том, что при нагреве пульпы до удаления воды из оборотного раствора используется прием повышения концентрации свободной каустической щелочи в алюминатном растворе в результате проведения операции упаривания. На стадии образования сухого остатка начинают интенсивно проходить твердофазные реакции образования феррита и алюмината натрия. Данная операция позволяет осуществить безавтоклавное вскрытие бокситового сырья. Тем самым исключается необходимость получения высокотемпературного острого пара, используемого в настоящий момент в технологии для автоклавного вскрытия бокситового сырья.

Упаренную воду конденсируют для того, чтобы ее можно было соединить с сухим остатком, не вовлекая в оборот объемы свежей воды, что нежелательно из экологических соображений. В результате выщелачивания образуется щелочно-алюминатный раствор с повышенным содержанием кремнезема. Поэтому после сгущения алюминатный раствор подвергают операции обескремнивания с получением белого шлама и алюминатного раствора, который направляют на операцию декомпозиции.

Переработка белого шлама может осуществляться с использованием известных методов с целью возврата полезных компонентов. Это приводит к дополнительному извлечению глинозема и щелочи из него.

Красный шлам, полученный после выщелачивания, после промывки направляют на извлечение железа, титана и РЗМ. Возможность такого использования продукта, полученного, правда, иным способом и в других условиях, показана в источниках (Патент РФ №2086659. Способ переработки железоглиноземистого сырья. /Буркин С.П., Логинов Ю.Н., Коршунов Е.А. и др. Заявл. 03.09.93, МКИ С21В 11/00, С22В 7/00 БИ №22 от 10.08.97; Логинов Ю.Н., Буркин С.П., Логинова И.В. и др. Восстановительная плавка красных шламов глиноземного производства. Сталь, 1998, №8. С.74-77).

Пример 1 (по прототипу). В лабораторных условиях обрабатывали боксит Тиманского месторождения следующего химического состава (мас.%): Al₂O₃ - 49,9; SiO₂ - 6,4; Fe₂O₃ - 25,9; CO₂ - 0,1; кремневый модуль 7,8. Теоретическое извлечение Al₂O₃ 87,2%. Боксит измельчали до крупности - 0,05 мм 90%, затем определенную навеску боксита смешивали с оборотным раствором и выщелачивали в автоклавах при температуре 225°C в течение 2 ч. Расчет навески боксита и оборотного раствора осуществляли с получением в конечном итоге раствора с каустическим модулем алюминатного раствора - 1,65 ед. Химический состав исходного оборотного раствора: Na₂O_к 300 г/л Al₂O₃ 150 г/л, каустический модуль раствора 3,3 ед. Полученную автоклавную пульпу после выщелачивания разбавляли до концентрации Na₂O_к 140 г/л и подвергали операции сгущения. Полученный раствор отправляли на декомпозицию, а красный шлам после промывки и сушки подвергали химическому анализу. Состав красного шлама, полученный по прототипу, при автоклавном выщелачивании исходного боксита при температуре 220°C (состав шлама, мас.% Na₂O - 6,1; SiO₂ - 13,1; Al₂O₃ - 14,5; Fe₂O₃ - 46,4; выход красного шлама составил 55,8%). Химический выход глинозема составил - 83,8%.

Пример 2 (по предлагаемому способу). Переработку боксита осуществляли в соответствии с настоящим изобретением.

Проводили размол боксита в оборотном растворе с концентрацией 300 г/л Na₂O_к, после размола боксита в оборотном растворе, полученную пульпу нагревали до удаления воды из оборотного раствора с получением сухого остатка, упаренную воду конденсировали, соединяли с сухим остатком и направляли на выщелачивание при температуре 30-40°C, после операции сгущения алюминатный раствор с концентрацией Na₂O_к 140 г/л и конечным каустическим модулем 1,65 подвергали операции обескремнивания с получением белого шлама и алюминатного раствора, который направляли на операцию декомпозиции. В этом случае в отличие от автоклавного выщелачивания кремнезем удерживается щелочно-алюминатным раствором, в результате чего и алюминатный раствор удается отделить от красного шлама с удержанным в нем кремнеземом, затем произвести операцию обескремнивания с получением белого шлама и алюминатного раствора, который направляли на операцию декомпозиции.

Полученный красный шлам после промывки и сушки подвергали химическому анализу (состав шлама, мас.% Na₂O - 0,3; SiO₂ - 3,2; Al₂O₃ - 4,1; Fe₂O₃ - 75,9; TiO₂ - 9,8; выход красного шлама 29,5%). Химический выход глинозема составил - 97,1%.

Полученный белый шлам после промывки и сушки подвергали также химическому анализу (состав шлама, мас.% Na₂O - 19,8; SiO₂ - 34,2; Al₂O₃ - 33,1; H₂O - 12,0; выход белого шлама 14,5%).

Пример 3 (по предлагаемому способу). Условия переработки боксита оставили прежними за исключением температуры выщелачивания, которую назначили в переделах 45-50°C. Полученные результаты химических анализов имели отклонения не выше 5%, что позволило сделать вывод о возможности осуществления способа и в более широком интервале температур выщелачивания.

По сравнению с прототипом улучшены следующие показатели, что одновременно является техническим результатом:

- Химический выход глинозема повышен с 83,8 до 97,1%, т.е. на 13.3 %.

- Выход красного шлама уменьшен с 55,8 до 29,5%, т.е. на 26,3%.

- Снижено содержание полезного компонента (глинозема) в отходах производства (в виде красного шлама) с 14,5 до 4,1%, т.е. на 10.4 %.

- Повышено содержание оксида железа в красном шламе с 46,4 до 75,9%, что делает перспективным его использование в качестве железорудного сырья.