Результат интеллектуальной деятельности: Способ переработки нефелиновой руды

Изобретение относится к процессам переработки глиноземсодержащего сырья.

Известен способ переработки нефелиновых руд и концентратов, согласно которому в нефелино-известняково-содовую шихту добавляют отвальный шлак процесса алюминотермического получения ферротитана в количестве от 0,5 до 25% от массы нефелиновой руды, и затем осуществляют спекание шихты и выщелачивание спека с последующим получением глинозема и сопутствующих продуктов. Изобретение позволяет улучшить управляемость процессом ее спекания, повысить извлечение глинозема из спеченной шихты в раствор, утилизировать отходы производства ферротитана и снизить количество отходов комплексной переработки нефелинов [Патент №2340559 от 09.06.2007, опубл. 10.12.2008 г.].

Недостатком известного способа является снижение выпуска содопродуктов при комплексной переработке нефелиновых руд.

Наиболее близким по технической сущности и достигаемому результату является способ переработки нефелиновых руд, который включает подготовку нефелино-известняково-содовой шихты, ее спекание и последующие выщелачивание, обескремнивание и карбонизацию алюминатного раствора для получения глинозема, садопродуктов и сульфата калия. При подготовке нефелино-известняково-содовой шихты в нее добавляют отходы шамотного огнеупорного кирпича в количестве от 0,11 до 11 мас. % от веса нефелиновой руды. Изобретение позволяет снизить расход нефелиновой руды, утилизировать отходы шамотного кирпича путем вовлечения их в технологический процесс шихтоподготовки [Патент №2225357 от 25.09.2002 г. опубл. 10.03.2004].

Недостатком этого способа является неустойчивость показателей переработки нефелиновой руды и снижение выхода товарных содопродуктов при повышении дозировок вовлекаемых отходов шамотного кирпича.

Задачей изобретения является утилизация золошлаковых отходов и доизвлечение из них товарного продукта - глинозема.

Поставленная задача достигается способом переработки нефелиновой руды, включающим подготовку нефелиново-известняково-содовой шихты, ее спекание и последующие выщелачивание, обескремнивание и карбонизацию алюминатного раствора для получения глинозема, содопродуктов и сульфата калия. При подготовке нефелиново-известняково-содовой шихты добавляют золошлаковые отходы ТЭЦ в количестве от 0,1 до 10% мас. от веса нефелиновой руды.

Сопоставительный анализ с ближайшим аналогом позволяет сделать вывод о том, что предлагаемый способ переработки нефелиновой руды отличается введением новой глиноземсодержащей добавки - золошлаковых отходов, за счет этого утилизируются данные отходы и доизвлекаются из них ценные компоненты.

Следовательно, предлагаемое техническое решение соответствует критерию "новизна".

Необходимость дополнительного ввода золошлаковых отходов в нефелиново-известняково-содовую шихту обусловлена высоким содержанием в них оксида алюминия. Содержание глинозема в золошлаковых отходах различных теплоэлектростанций колеблется от 27 до 35%.

Использование золошлаковых отходов в качестве добавки в глиноземную сырьевую шихту становится возможным из-за сходства их химических и физико-химических характеристик с нефелиновой рудой и повышенного содержания в них глинозема. Данная добавка позволяет снизить расход основного сырьевого компонента - нефелиновой руды, улучшить качество за счет повышенного в ней содержания глинозема и обеспечить вовлечение в производство отходов при приготовлении глиноземной шихты.

Предлагаемый способ опробован в лабораторном масштабе при переработке нефелиновых руд Кия-Шалтырского месторождения на ОАО «РУСАЛ Ачинск».

Шихты для спекания составлялись на основе нефелиновой руды Кия-Шалтырского месторождения, известняка Мазульского месторождения, белого шлама, образующегося в процессе обескремнивания алюминатных растворов. Дозировка белого шлама - 10% от веса рудной смеси по сухим материалам. Дозировка золошлаковых отходов составляла 0,1 до 10% в составе рудной смеси по сухим материалам. В качестве корректирующей добавки используется химически чистая сода. Дозировка компонентов производилась с учетом соблюдения молекулярных отношений в спеке:

Химический состав исходных материалов, использованных для спекания лабораторных нефелиновых шихт с золошлаковыми отходами электростанции Ново-Иркутской ТЭЦ, и дозировка сырьевых компонентов на 100 г рудной смеси приведены в табл. 1, 2.

Установлено, что возможной и целесообразной с технологической точки зрения является дозировка золошлаковых отходов от 0,1-10% от массы нефелиновой руды. Для проведения опытных испытаний золошлаковые отходы доставляли на площадку узла приема и загрузки материала, затем через питательный бункер подавали на совместное дробление с рудой для подготовки глиноземной шихты. Данные химического анализа спека с добавкой золошлаковых отходов приведены в табл. 3.

В лабораторных условиях все компоненты глиноземной шихты измельчали до крупности - 0,08 мм. Шихту спекали в лабораторной электропечи при температуре 1250-1270°C. Скорость нагрева печи до 1000°C - 177 мин, от 1000°C до заданной температуры 4,2-4,5°С/мин, выдержка при заданной температуре 15 минут. Охлаждение спека производили вместе с печью. Степень оплавления спека оценивалась по величине диаметральной усадки брикетов.

Полученные спеки измельчали до крупности - 1 мм и выполняли выщелачивание спеков по методике стандартного выщелачивания (табл. 4). Расчет извлечения глинозема и щелочей проводили по химическому составу спеков и шламов. Результаты лабораторных испытаний показали, что при спекании спека с добавками золошлаковых отходов в пределах заявляемых параметров извлечение глинозема находилось на уровне извлечения глинозема из спека без добавок золошлаков. Стандартное извлечение Al₂O₃ из спеков с добавкой в шихту 3-10% золы ТЭЦ находится на уровне 86,6% (при спекании в интервале температур 1230-1270°C).

Дозировка менее 0,1% золошлаковых отходов не приводит к существенному сокращению нефелиновой руды и мало влияет на изменение химического состава шихты. Увеличение добавки золошлаковых отходов более 10% приводит к повышению содержания оксида алюминия и оксида кремния и снижению содержания щелочей, что требует увеличенного расхода известняка для связывания в шихте оксида кремния, а для восполнения недостатка щелочей - соответственно дополнительного ввода содового раствора. Кроме того, увеличение дозировки золы более 10% мас. требует более высокой температуры спекания, что при повышенном содержании железа в золе может привести к увеличению степени гарнисажеобразования в печах спекания.

В связи с этим оптимальной является дозировка в шихту данной глиноземсодержащей добавки в пределах от 0,1 до 10% (мас.). Вовлечение золошлаковых отходов в глиноземную шихту позволяет снизить расход нефелиновой руды, что подтверждают данные, приведенные в табл. 5.

Предлагаемый способ по сравнению со способом, применяемым на Ачинском глиноземном комбинате, позволяет снизить расход нефелиновой руды при заявляемом интервале дозировки золошлаковых отходов в шихту на 6500-7000 тонн в год. Одновременно при этом осуществляется утилизация складируемых золошлаковых отходов путем вовлечения их в производственный технологический процесс шихтоподготовки и снижение вредного воздействия производства на окружающую природную среду.