Результат интеллектуальной деятельности: КОМПЛЕКС ДЛЯ ПЕРЕРАБОТКИ БОКСИТОВ

Изобретение относится к металлургии, а именно к устройствам для переработки бокситов.

Основным отходом глиноземного производства является красный шлам (КШ), постоянно накапливающийся в шламохранилищах алюминиевых заводов. Большие количества остаточной щелочи из шлама вымываются I атмосферными осадками и попадают в грунтовые воды, ухудшая качество питьевой воды. Шлам при высыхании превращается в пыль, что при наличии ветра провоцирует повышенную запыленность воздуха. Все это значительно ухудшает экологическую обстановку в районе складирования КШ [1].

Вместе с тем, в составе шлама содержится много полезных компонентов, например, железа, кремния, титана, алюминия, редкоземельных металлов (РЗМ) и др.

К группе РЗМ относится семейство из 14 элементов с порядковыми номерами от 58 (церий Се) до 71 (лютеций Lu), расположенных в 6 периоде периодической системы за лантаном и сходных с ним по свойствам. Поэтому обычно в эту группу включают и лантан, а элементы называют лантаноидами Ln (т.е. подобные лантану). Кроме того, к лантаноидам примыкают химические аналоги лантана - элементы 3 группы скандий и иттрий. Иттрий ближе по свойствам к лантаноидам, чем скандий, и обычно сопутствует им в минеральном сырье.

Отвальный КШ глиноземного производства Байеровской схемы содержит, например, до 45% Fе₂О₃, до 10% SiO₂, до 14% СаО, до 4% ТiO₂, до 15% Аl₂О₃, до 4% Na₂O и ряд других оксидов. Содержание редкоземельных металлов (РЗМ) в красном шламе Богословского алюминиевого завода следующее (г/т): церия - 390, лантана 290, скандия - 150, самария - 31 и др.

Для утилизации красного шлама предлагалось несколько технологических схем с соответствующим набором оборудования. В том числе пирометаллургические схемы предполагали переплав сырья в восстановительной среде с получением железосодержащего продукта и шлаков, содержащих ценные компоненты [2,3].

Предлагались также комплексы для переработки красных шламов гидрометаллургическими методами. В том числе эти комплексы предполагают либо перерабатывать красный шлам отдельно от процесса гидрометаллургического метода обработки боксита.с переработкой отвальных красных шламов из шламохранилищ, либо учитывать необходимость переработки красного шлама в самом процессе получения глинозема. К числу первых вариантов можно отнести извлечение скандия из красного шлама глиноземного производства [4], предполагающий наличие устройств для обработки шлама кислотными растворами с получением скандийсодержащего раствора. Недостатком варианта является использование кислот высокой концентрации, что требует применения дорогостоящих промышленных установок с кислотостойкими футеровками.

В изобретении [5] предложено извлекать алюминий, кальций и редкоземельные металлы из красных шламов глиноземных производств, при использовании устройств для выщелачивания жидкими карбоновыми кислотами жирного ряда с числом атомов углерода в молекуле более пяти или их смеси, с применением устройств фильтрации раствора и разделения целевых продуктов. Недостатком технического решения является применение дорогостоящих органических кислот.

Патентом [6] предложен вариант комплекса устройств для переработки красного шлама глиноземного производства путем применения устройств для его выщелачивания серной кислотой с переводом ценных компонентов в раствор. Недостатком способа является применение сильной кислоты, а также избирательное выделение РЗЭ из шлама (иттрия и скандия), при этом не решена задача извлечения остальных полезных компонентов.

К числу второго набора технических решений, которые учитывают необходимость переработки красного шлама в самом процессе получения глинозема, относится комплекс для переработки бокситов на глинозем по патенту РФ №2494965 [7], который выбран в качестве прототипа.

Комплекс для переработки бокситов по прототипу содержит последовательно расположенные мельницу для размола боксита в оборотном растворе, сушилку, первую мешалку для выщелачивания, сгуститель, промыватель, вторую мешалку для обескремнивания, декомпозер, выпарной аппарат, трубчатую печь. Недостатком такого прототипа является недостаточная комплексность переработки глиноземсодержащего сырья.

Технической задачей изобретения является повышение комплексности переработки глиноземсодержащего сырья.

Задача решается тем, что комплекс для переработки бокситов содержит последовательно расположенные мельницу для размола боксита в оборотном растворе, сушилку, первую мешалку для выщелачивания, сгуститель, промыватель, вторую мешалку для обескремнивания, декомпозер, трубчатую печь.

Он отличается тем, что после промывателя установлена третья мешалка для выщелачивания шлама в разбавленном сернокислом растворе, фильтровальное устройство, соединенное с третьей мешалкой подающим пульпопроводом, а также брикетирующий пресс для уплотнения высокожелезистого красного шлама, соединенный с фильтровальным устройством транспортером, и экстрактор для выделения солей РЗМ, соединенный с фильтровальным устройством отводящим трубопроводом.

Наличие третьей мешалки позволяет выполнить операцию выщелачивания шлама в разбавленном сернокислом растворе, что приводит к переводу в раствор до 80% РЗМ. Фильтровальное устройство создает возможность разделить твердую и жидкую фазы полученной пульпы, а пульпопровод позволяет транспортировать пульпу от третьей мешалки к фильтровальному устройству.

Включенное в состав комплекса брикетирующий пресс позволяет превратить мелкодисперсный красный шлам в брикеты, пригодные для последующего использования в пирометаллургических процессах черной металлургии [8]. Наличие экстрактора позволяет выделить соли РЗМ, для подачи раствора служит пульпопровод.

На фиг. 1 приведена схема расположения устройств, входящих в комплекс.

Комплекс для переработки бокситов (фиг. 1) содержит последовательно расположенные мельницу 1 для размола боксита в оборотном растворе, сушилку 2, первую мешалку 3 для выщелачивания, сгуститель 4, промыватель 5, вторую мешалку 6 для обескремнивания, декомпозер 7, трубчатую печь 8. После промывателя 5 установлена третья мешалка 9 для выщелачивания шлама в разбавленном сернокислом растворе, фильтровальное устройство 10, соединенное с третьей мешалкой 9 подающим пульпопроводом 11, а также брикетирующий пресс 12 для уплотнения высокожелезистого красного шлама, соединенный с фильтровальным устройством 10 транспортером 13, и экстрактор 14 для выделения солей РЗМ, соединенный с фильтровальным устройством 10 отводящим трубопроводом 15.

Предлагаемый комплекс работает следующим образом. Исходный боксит подается мельницу 1 (фиг. 1), где размалывается совместно с оборотным раствором затем поступает в сушилку 2, где удаляется влага с получением твердого остатка (спека). Полученный спек подается в первую мешалку 3 для выщелачивания водой. Пульпа после выщелачивания поступает в сгуститель 4, где происходит отделение красного шлама от алюминатного раствора, Красный шлам направляют в промыватель 5 для отмывки от щелочи. Алюминатный раствор поступает во вторую мешалку 6 для обескремнивания, полученный продукт в виде раствора поступает в декомпозер 7, где после охлаждения и выдержки выделяется гидроокись алюминия, которую передают в трубчатую печь 8 для получения глинозема. После прохождения промывателя 5 отмытый от щелочи красный шлам передают в третью мешалку 9 для выщелачивания шлама в разбавленном сернокислом растворе. Затем твердая фаза отделяется от жидкой фазы в фильтровальном устройстве 10, при подаче пульпы подающим пульпопроводом 11. Твердая фаза передается по транспортеру 13 в брикетирующий пресс 12, где происходит уплотнение высокожелезистого красного шлама. Жидкая фаза по отводящему трубопроводу 15 поступает в экстрактор 14, где происходит выделение солей РЗМ.

Применение предлагаемого технического решения позволяет достичь технического результата, заключающегося в повышении комплексности переработки глиноземсодержащего сырья.

Источники информации

1. Логинов Ю.Н., Буркин С.П., Логинова И.В., Щипанов А.А. Восстановительная плавка красных шламов глиноземного производства//Сталь. 1998. №8. С. 74-77.

2. Патент RU 2086659. Способ переработки железоглиноземистого сырья. Авторы: Буркин С.П., Логинов Ю.Н., Коршунов Е.А., Жуков С.С, Щипанов А.А., Налесник В.М. Патентообладатель: Акционерное общество закрытого типа «Белый соболь».

3. Патент RU 2245371. Способ переработки красного шлама глиноземного производства. Коршунов Е.А., Буркин С.П., Логинов Ю.Н., Логинова И.В., Андрюкова Е.А., Третьяков B.C. Патентообладатель: Общество с ограниченной ответственностью Фирма «ДАТА-ЦЕНТР».

4. Патент RU 2040587. Способ извлечения скандия из красного шлама глиноземного производства. Диев В.Н., Яценко С.П., Анашкин В.С, Сабирзянов Н.А. Патентообладатель: они же. МПК С22В 59/00. Заявл. 1993.02.03. Опубл. 1995.07.25

5. Патент RU 2034066. Способ извлечения алюминия, кальция и редкоземельных металлов из красных шламов глиноземных производств/ Комаров П.В., Молотилкин В.К., Поляков М.С., Шильников А.Ю. МПК C01F 7/02, С22В 21/00, С22В 26/20. Заявл. 1992-12-01. Опубл. 1995-04-30

6. Патент RU 2140998. Способ переработки красного шлама. / Линников О.Д.; Яценко С.П., Сабирзянов Н.А.. МПК С22В 7/00, С22В 59/00. Заявл. 1998.12.07. Опубл. 1999.11.10.

7. Патент RU2494965. Способ переработки бокситов на глинозем. / Логинова И.В., Логинов Ю.Н., Кырчиков А В. Заявитель Уральский федеральный университет. МПК C01F 7/06, C01F 7/14. Заявл. 01.03.2012. Опубл. 10.10.2013. Бюл. №28.

8. Логинов Ю.Н., Буркин С.П., Бабайлов Н.А. Механика валкового брикетирования. Екатеринбург: УГТУ-УПИ. 2005. 220 с.