Результат интеллектуальной деятельности: СПОСОБ КОМПЛЕКСНОЙ ПЕРЕРАБОТКИ КРАСНЫХ ШЛАМОВ

Изобретение относится к области металлургии и может быть использовано при переработке красных шламов - отходов глиноземного производства - для получения железосодержащего концентрата и алюмосиликатного продукта, который может быть использован для изготовления строительных материалов.

Известен способ переработки красного шлама глиноземного производства, включающий получение пульпы красного шлама, классификацию пульпы по классу частиц 40-60 мкм для отделения алюмокальциевой фракции с размером частиц более 40-60 мкм и высокоградиентную магнитную сепарацию частиц размером менее 40-60 мкм при рН пульпы 1,5-4 и напряженности магнитного поля 30-80 кА/м (0,4-1,0 Тл) с получением обогащенного скандийсодержащего магнитного концентрата (выход 4-7%, содержание Fe₂O₃ - 65-76%) (авторское свидетельство СССР 1715874, МПК C22B 59/00, C01F 7/02, оп. 29.02.1992).

Недостатком способа является недостаточно высокий выход получаемого железосодержащего продукта, обусловленный тем, что часть железа остается в частицах размером более 40-60 мкм, которые представляют собой алюмокальциевую фракцию.

Известен способ комплексной переработки красного шлама, включающий подачу красного шлама в виде пульпы, имеющей щелочную среду, на магнитно-осадительный сепаратор с отделением ферромагнитных составляющих (железосодержащий продукт) от пульпы, активацию пульпы и электрофоретическое разделение для выделения отрицательно заряженных частиц, главным образом состоящих из окиси кремния, и положительно заряженных частицы, основную массу которых составляют окислы алюминия и титана, с переводом последних в пульпу и последующим электрофоретическим разделением частиц окислов алюминия и титана (патент РФ 2198943, МПК C22B 7/00, 34/00, оп. 20.02.2003).

Недостатком данного изобретения является недостаточно высокое качество получаемого железосодержащего продукта и сложность осуществления способа, предусматривающего две стадии электрофоретического разделения.

Известен способ обогащения лежалых хвостов хвостохранилищ, включающий их переработку с выделением минералов железа, при этом лежалые хвосты на переработку подают в виде пульпы, а переработку осуществляют путем защитного грохочения пульпы, ее классификации по классу 0,16 мкм, основной и перечистной магнитных сепарации класса крупностью менее 0,16 мкм, обезвоживания полученных продуктов, при этом обе магнитные сепарации ведут в неоднородном магнитном поле при индукции 0,4 Тл, а пульпу в магнитное поле подают со скоростью 0,2-0,3 м/с. Полученный концентрат содержит 66% железа, а хвосты с обоих сепараторов содержат 10-12% железа и после обезвоживания направляются на производство строительных материалов (патент Украины №26931, МПК B03C 1/00, B03B 7/00, оп. 29.12.1999).

Недостатком способа является недостаточно высокий выход получаемого железосодержащего продукта, обусловленный тем, что часть железа остается в частицах размером более 0,16 мкм, представляющих хвосты сепарации.

Известен способ получения товарных продуктов из красных шламов путем магнитно-гравитационного обогащения, принятый за прототип, включающий классификацию исходных шламов по гранулометрическому составу с получением глинистой фракции и песков, высокоградиентную магнитную сепарацию песков с разделением на магнитную (железный концентрат) и немагнитную фракции, последующее гравитационное обогащение немагнитной фракции в центробежном поле или на концентрационном столе с получением тяжелой фракции, представляющей соединения железа, циркона, рутила и золота, и легкой фракции, содержащей алюмосиликаты. Выход коллективного железного концентрата составляет 15-18%, содержание в нем Fe_общ - 51% (Брагин Ю.Н., Добровольская Т.И., Борисов В.В. и др. Новая технология получения товарных продуктов из красных шламов. «Состояние проблемы и направления использования в народном хозяйстве красного шлама». Сборник научных докладов, Николаев, 1998, с.23-30).

Недостатками известного способа являются недостаточно высокий выход железа в концентрат, обусловленный неполным выделением железа, содержащегося в магнетите и трудновскрываемых силикатных минеральных образованиях, в магнитный продукт при сепарации и в тяжелую фракцию при гравитационном обогащении, и получение в качестве легкой фракции продукта, требующего переработки для его дальнейшего использования.

Техническим результатом заявляемого изобретения является повышение выхода железосодержащего концентрата с высоким содержанием железа и получение алюмосиликатного продукта, пригодного к дальнейшему использованию.

Указанный результат достигается тем, что в способе комплексной переработки красного шлама, содержащего гематит, шамозит, гетит, магнетит, алюмосиликаты, путем магнитно-гравитационной обработки с получением железосодержащего концентрата и алюмосиликатного продуктов, согласно изобретению исходный красный шлам предварительно подвергают диспергации в присутствии гексаметафосфата натрия в роторно-пульсационном аппарате, после чего осуществляют низкоградиентную мокрую магнитную сепарацию в поле напряженностью 0,1-0,15 Тл с получением магнетитового и коллективного концентрата, коллективный концентрат подвергают высокоградиентной магнитной сепарации в две стадии в поле напряженностью не менее 1,2 Тл с извлечением магнитной и немагнитной фракций, магнитную фракцию подвергают гравитационному обогащению на концентрационном столе с получением гематитового концентрата и хвостов, а немагнитную фракцию объединяют с хвостами гравитационного обогащения и подвергают двухстадийной селективной флокуляции в присутствии флокулянта для отделения компонента, состоящего главным образом из оксидов алюминия и кремния, от железосодержащего продукта, который обогащают высокоградиентной магнитной сепарацией при напряженности поля 0,5-0,7 Тл с получением дополнительного железосодержащего продукта, последний объединяют с гематитовым концентратом с получением железосодержащего концентрата, и остаточных алюмосиликатов, которые объединяют с компонентом, состоящим главным образом из оксидов алюминия и кремния, с получением алюмосиликатного продукта. При этом низкоградиентную мокрую магнитную сепарацию проводят при отношении Ж:Т=3÷4:1, гексаметафосфат натрия используют в количестве 100-200 г/т, хвосты гравитационного обогащения перед селективной флокуляцией подвергают грохочению до крупности минус 0,032 мм, а в качестве флокулянта используют гидролизованный полиакриламид в количестве 3-5 г/т.

Предлагаемая совокупность операций заявляемого способа направлена на повышение выхода железосодержащего концентрата и максимальное извлечение железа из красных шламов, имеющих сложный состав с большим количеством минеральных фаз, в концентрат:

- диспергация в роторно-пульсационном аппарате в присутствии гексаметафосфата натрия - для дезагрегации флокул, в которые включены зерна железосодержащих минералов, и удаления окисных пленок;

- низкоградиентная мокрая магнитная сепарация для выделения сильномагнитных минералов (магнетита);

- двухстадийная высокоградиентная мокрая магнитная сепарация для выделения слабомагнитных минералов - гематита, шамозита, гетита, и увеличения выхода железосодержащего продукта;

- гравитационное обогащение на концентрационном столе магнитной фракции, выделенной на второй стадии сепарации, для отделения гематита от шамозита;

- грохочение немагнитного продукта по классу 0,032 мм;

- диспергация подрешетного продукта грохота крупностью минус 0,032 мм;

- селективная флокуляция в две стадии диспергированного немагнитного компонента, полученного на второй стадии высокоградиентной магнитной сепарации, предназначена для флокуляции тонкодисперсного кварца и алюмосиликатов с последующим отделением оксидов алюминия и кремния от железосодержащих минералов при концентрации оксидов железа и увеличением выхода железосодержащего концентрата;

- мокрая магнитная сепарация в высоком магнитном поле для дополнительного выделения сфлокулированных железных минералов.

Предварительная диспергация исходного красного шлама в присутствии гексаметафосфата натрия в количестве 100-200 г/т обеспечивает дезагрегацию флокул, в которые включены зерна железосодержащих минералов, уменьшение расхода реагента, ухудшает диспергацию шламов, а повышение расхода не приводит к улучшению диспергации и является нецелесообразным.

Напряженность магнитного поля 0,1-0,15 Тл при проведении сепарации диспергированных шламов позволяет не только выделить магнетит, но и создает условия для дальнейшей более эффективной магнитной сепарации в сильном поле с напряженностью не менее 1,2-1,4 Тл с выделением слабомагнитной фракции (гематитовый продукт).

Проведение селективной флокуляции в присутствии флокулянта - гидролизованного полиакриламида, взятого в количестве 3-5 г/т, обеспечивает оптимальную флокуляцию минералов.

Извлечение сфокулированных железосодержащих минералов при напряженности поля 0,5-0,7 Тл позволяет извлечь железо в дополнительный железосодержащий продукт, повышает извлечение железа из красных шламов и обеспечивает также получение алюмосиликатного продукта с низким содержанием железа.

Таким образом, заявленный способ обеспечивает комплексность переработки отходов глиноземного производства - красных шламов - с получением высококачественного железосодержащего и алюмосиликатного продуктов, пригодных для дальнейшего использования.

Способ осуществляют следующим образом.

Исходный красный шлам (содержание Fe 30-35%, крупностью 80% кл. - 5,0 мкм) подвергают диспергации с гексаметафосфатом натрия (ГМФ -100-200 г/т) в роторно-пульсационном аппарате для дезагрегации флокул и удаления окисных пленок, после чего осуществляют низкоградиентную магнитную сепарацию в поле напряженностью 0,1-0,15 Тл на магнитном сепараторе ПБМ с выделением в сильномагнитную фракцию магнетитового концентрата (содержание Fe 52,7-53,0%) и в немагнитную фракцию коллективного концентрата. Коллективный концентрат подвергают высокоградиентной магнитной сепарации в поле напряженностью выше 1,2 Тл (оптимально 1,4 Тл) на магнитном сепараторе «Гумбольт» в две стадии с получением магнитной фракции (содержание Fe - 41,5%, выход % 23,5%) и немагнитной фракции, представляющей собой, в основном, оксиды алюминия, кремния и железа (содержание Fe - 29,6%, выход фракции - 76,5%). Магнитную фракцию подвергают гравитационному обогащению на концентрационном столе HOLMAN с получением гематитового концентрата (содержание Fe - 48,1%, выход концентрата - 15%) и хвостов (содержание Fe - 35,8%, выход - 22%). Хвосты гравитационного обогащения объединяют с немагнитной фракцией, полученной на второй стадии высокоградиентной магнитной сепарации, и подвергают двухстадийной селективной флокуляции с введением гидролизованного полиакриламида (ПААГ - 3-5 г/т) в безнапорном циклоне для отделения в легкую фракцию компонента, состоящего главным образом из оксидов алюминия и кремния (содержание Fe - 14,3%, выход фракции - 20%), от железосодержащего продукта (содержание Fe - 30,9%, выход - 70%). Железосодержащий продукт обогащают высокоградиентной магнитной сепарацией при напряженности поля 0,5-0,7 Тл на магнитном сепараторе «Гумбольт» для извлечения сфокулированных железосодержащих минералов с получением дополнительного железосодержащего продукта (содержание Fe - 52,0%, выход - 24%) и остаточных алюмосиликатов (содержание Fe - 20,9%, выход - 46%).

Дополнительный железосодержащий продукт объединяют с гематитовым концентратом с получением железосодержащего концентрата (содержание Fe - 50%, выход - 35%), который после фильтрации и сушки может быть использован в черной металлургии.

Остаточные алюмосиликаты объединяют с компонентом, являющимся легкой фракцией селективной флокуляции, с получением алюмосиликатного продукта (содержание Fe - 22,3%, выход - 65%), который может быть использован в строительной промышленности.

Для дополнительного увеличения извлечения железа хвосты гравитационного обогащения перед селективной флокуляцией подвергают грохочению до крупности минус 0,032 мм, а низкоградиентную мокрую магнитную сепарацию проводят при отношении Ж:Т=3÷4:1.

Заявленный способ испытан в лабораторных условиях. Из красных шламов, содержащих, %: Fe₂O₃ - 45,4; A₂O₃ - 13,8; SiO₂ - 10,10; CaO - 6,4, получены железосодержащий концентрат, состава, %: Fe_общ - 50,0; FeO - 10,8; Fe₂O₃ - 53,1; А₂О₃ - 11,4; SiO₂ - 7,62; CaO - 1,36, и алюмосиликатный продукт, состава, %: Fe - 22,3; FeO - 3,12; Fe₂O₃ - 28,4; А₂О₃ - 16,9; SiO₂ - 13,2; СаО - 12,6.

Выход железосодержащего концентрата - 35%, извлечение железа - 54,7%.