КОМПЛЕКСНАЯ ПЕРЕРАБОТКА ГЛИНОЗЕМСОДЕРЖАЩЕГО СЫРЬЯ И ОТХОДОВ ГЛИНОЗЕМНОГО ПРОИЗВОДСТВА С ИСПОЛЬЗОВАНИЕМ НИЗКОТЕМПЕРАТУРНОГО СПЕКАНИЯ
|
ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ
СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ
ОБЩИЕ ВЫВОДЫ
ПУБЛИКАЦИИ ПО ТЕМЕ ДИССЕРТАЦИИ
СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ
ОБЩИЕ ВЫВОДЫ
ПУБЛИКАЦИИ ПО ТЕМЕ ДИССЕРТАЦИИ
Актуальность темы. Особенностью производства глинозема в России является использование в качестве сырья как высококачественных, так и низкокачественных бокситов. Особенности их минералогии и связанные с этим требования к аппаратурному оформлению технологических схем влекут значительное увеличение себестоимости. Для достижения конкурентоспособности производства необходимо добиваться снижения издержек на стадии переработки боксита на глинозем. Последнее может быть достигнуто за счет снижения общих энергозатрат, упрощения технологической схемы производства, снижения потерь полезных компонентов (глинозема и щелочи) с отвальным красным шламом, комплексным использованием продуктов переработки. Поскольку решению именно этих вопросов посвящены выполненные автором исследования, то выбранная тема работы является актуальной.
Целью работы является:
1. Изучение технологии автоклавной переработки бокситов Тимана;
2. Разработка способа и технологической схемы переработки бокситов на глинозем с использованием технологии низкотемпературного спекания. Изучение возможности использования данного способа при переработке бокситов Тимана и СУБРа, сравнение показателей способа с показателями способа Байера.
3. Изучение вопросов снижения потерь глинозема и щелочи с красным шламом на основе процессов, происходящих при низкотемпературном спекании, и получения красных шламов с минимальным содержанием вредных для пирометаллургической переработки компонентов.
В соответствии с поставленной целью были определены основные задачи:
1. Оценить эффективность переработки бокситов Тимана по способу Байера на основе основного технологического передела - автоклавного выщелачивания;
2. Оценить пригодность получаемых красных шламов к пирометаллургической переработке;
3. Разработать метод переработки бокситового сырья с получением шламов с минимальным содержанием вредных для пирометаллургической переработки компонентов;
4. Оценить возможность комплексного использования бокситового сырья;
5. Опробовать технологию низкотемпературного спекания на небокситовом сырье.
Научная новизна работы. Определены температурный и концентрационный режим автоклавной переработки бокситов Тимана, влияние минерального состава на полноту извлечения глинозема.
Впервые предложен способ низкотемпературного спекания бокситов, позволяющий вовлекать в переработку красные шламы, получаемые по технологии Байера. Показана возможность и условия прохождения реакций образования соединений алюмината натрия, феррита натрия и силиката натрия в спеках при использовании каустической щелочи. При выщелачивании таких спеков вторичных потерь глинозема и щелочи в виде ГАСН не происходит, что позволяет снизить потери глинозема и щелочи с отвальным шламом.
Впервые показана применимость метода низкотемпературного спекания для небокситового сырья.
Практическая ценность выполненной работы. На основании экспериментальных данных определены технологические параметры автоклавного выщелачивания бокситов Тимана. Предложена и экспериментально опробована схема комплексной переработки глиноземсодержащего сырья. Выполнен сравнительный анализ технологии переработки бокситов по способу Байера и низкотемпературному спеканию. Показана возможность переработки бокситов Тимана по способу низкотемпературного спекания с достижением высоких показателей товарного выхода глинозема. С помощью методов математического моделирования выполнен расчет основных технологических показателей, который показывает возможность получить значительный экономический эффект при внедрении предлагаемой технологии.
Методика исследований. В исследованиях использованы различные физико-химические методы анализа (весовой, объемный, рентгенофазовый, дифференциально-термический, ИК - спектроскопии и масс-спектрометрии). Обработку полученных результатов проводили с использованием методов математического моделирования.
На защиту выносятся:
1. влияние минерального состава и технологических параметров на результаты автоклавного выщелачивания бокситов Тимана;
2. технология низкотемпературного спекания при совместной переработке бокситов и красных шламов ветви Байера;
3. определение условий получения соединений алюмината натрия, феррита натрия, силиката натрия в спеках при использовании каустической щелочи;
4. данные о влиянии температуры процесса и состава исходной шихты на извлечение глинозема и щелочи из спеков;
5. результаты исследований о возможности использования низкотемпературного спекания для переработки на глинозем небокситового сырья;
6. предложенная технологическая схема процесса.
Апробация работы. Основные результаты диссертационной работы доложены на международных конференциях «Алюминий Урала - 2003», (г.Краснотурьинск, 2003 г.), «Алюминий Сибири-2005» (Красноярск, 2005 г.), международном симпозиуме ’’ICSOBA- 2004” «Алюминиевая промышленность в мировой экономике: проблемы и перспективы развития» (С-Петербург, 2004), научно-практической конференции «Металлургия и образование на Урале» (Екатеринбург: ГОУ ВПО «УГТУ-УПИ», 2005 г) и др.
Публикации. По результатам работы опубликовано 11 научных работ, в том числе 2 статьи в рецензируемых журналах, рекомендованных ВАК, получен патент на изобретение.
Состав и объем работы. Диссертационная работа состоит из введения, 4 глав, заключения, библиографического списка, включающего 123 наименований работ отечественных и зарубежных авторов. Работа изложена на 124 страницах машинописного текста, содержит 17 рисунков, 39 таблиц и 3 приложения.
Целью работы является:
1. Изучение технологии автоклавной переработки бокситов Тимана;
2. Разработка способа и технологической схемы переработки бокситов на глинозем с использованием технологии низкотемпературного спекания. Изучение возможности использования данного способа при переработке бокситов Тимана и СУБРа, сравнение показателей способа с показателями способа Байера.
3. Изучение вопросов снижения потерь глинозема и щелочи с красным шламом на основе процессов, происходящих при низкотемпературном спекании, и получения красных шламов с минимальным содержанием вредных для пирометаллургической переработки компонентов.
В соответствии с поставленной целью были определены основные задачи:
1. Оценить эффективность переработки бокситов Тимана по способу Байера на основе основного технологического передела - автоклавного выщелачивания;
2. Оценить пригодность получаемых красных шламов к пирометаллургической переработке;
3. Разработать метод переработки бокситового сырья с получением шламов с минимальным содержанием вредных для пирометаллургической переработки компонентов;
4. Оценить возможность комплексного использования бокситового сырья;
5. Опробовать технологию низкотемпературного спекания на небокситовом сырье.
Научная новизна работы. Определены температурный и концентрационный режим автоклавной переработки бокситов Тимана, влияние минерального состава на полноту извлечения глинозема.
Впервые предложен способ низкотемпературного спекания бокситов, позволяющий вовлекать в переработку красные шламы, получаемые по технологии Байера. Показана возможность и условия прохождения реакций образования соединений алюмината натрия, феррита натрия и силиката натрия в спеках при использовании каустической щелочи. При выщелачивании таких спеков вторичных потерь глинозема и щелочи в виде ГАСН не происходит, что позволяет снизить потери глинозема и щелочи с отвальным шламом.
Впервые показана применимость метода низкотемпературного спекания для небокситового сырья.
Практическая ценность выполненной работы. На основании экспериментальных данных определены технологические параметры автоклавного выщелачивания бокситов Тимана. Предложена и экспериментально опробована схема комплексной переработки глиноземсодержащего сырья. Выполнен сравнительный анализ технологии переработки бокситов по способу Байера и низкотемпературному спеканию. Показана возможность переработки бокситов Тимана по способу низкотемпературного спекания с достижением высоких показателей товарного выхода глинозема. С помощью методов математического моделирования выполнен расчет основных технологических показателей, который показывает возможность получить значительный экономический эффект при внедрении предлагаемой технологии.
Методика исследований. В исследованиях использованы различные физико-химические методы анализа (весовой, объемный, рентгенофазовый, дифференциально-термический, ИК - спектроскопии и масс-спектрометрии). Обработку полученных результатов проводили с использованием методов математического моделирования.
На защиту выносятся:
1. влияние минерального состава и технологических параметров на результаты автоклавного выщелачивания бокситов Тимана;
2. технология низкотемпературного спекания при совместной переработке бокситов и красных шламов ветви Байера;
3. определение условий получения соединений алюмината натрия, феррита натрия, силиката натрия в спеках при использовании каустической щелочи;
4. данные о влиянии температуры процесса и состава исходной шихты на извлечение глинозема и щелочи из спеков;
5. результаты исследований о возможности использования низкотемпературного спекания для переработки на глинозем небокситового сырья;
6. предложенная технологическая схема процесса.
Апробация работы. Основные результаты диссертационной работы доложены на международных конференциях «Алюминий Урала - 2003», (г.Краснотурьинск, 2003 г.), «Алюминий Сибири-2005» (Красноярск, 2005 г.), международном симпозиуме ’’ICSOBA- 2004” «Алюминиевая промышленность в мировой экономике: проблемы и перспективы развития» (С-Петербург, 2004), научно-практической конференции «Металлургия и образование на Урале» (Екатеринбург: ГОУ ВПО «УГТУ-УПИ», 2005 г) и др.
Публикации. По результатам работы опубликовано 11 научных работ, в том числе 2 статьи в рецензируемых журналах, рекомендованных ВАК, получен патент на изобретение.
Состав и объем работы. Диссертационная работа состоит из введения, 4 глав, заключения, библиографического списка, включающего 123 наименований работ отечественных и зарубежных авторов. Работа изложена на 124 страницах машинописного текста, содержит 17 рисунков, 39 таблиц и 3 приложения.
1. Изучены вопросы автоклавного выщелачивания бокситов Тимана. Получены зависимости, описывающие влияние на процесс основных технологических показателей. Установлено, что выщелачивание бокситов можно проводить при более низких температурах 200 - 220 0С и концентрации Ха2Оку щелочно-алюминатного оборотного раствора 260 - 270 г/дм3.
2. Определяющим фактором полноты извлечения глинозема из боксита является количество и состав шамозита, содержащегося в боксите.
3. Дозировка СаО не приводит к увеличению извлечения глинозема из боксита, а для бокситов с высоким содержанием шамозита наоборот снижает его извлечение.
4. Установлено влияние минерального состава бокситов Тимана на извлечение глинозема и потери щелочи с красным шламом.
5. Шамозит является химически стойким минералом и полностью не разлагается в условиях автоклавного выщелачивания даже с применением окислителей.
6. Обязательными условиями прохождения реакций образования растворимых соединений и обеспечения максимального извлечения глинозема при низкотемпературном спекании является выдерживания в шихте молярных отношений ХсцОДЛЬО, + Бе2О3 + 8Ю2)=1 и Бе2Оз/Л12Оз=0,3 - 0,5.
7. Исключение вторичных потерь глинозема с красным шламом обеспечивается химическим составом раствора, который обеспечивает удержание растворенного кремнезема в алюминатном растворе в метастабильной области.
8. Проведен термодинамический анализ вероятности образования феррита натрия, алюмината натрия и силиката натрия при низкотемпературном спекании шихты при замене соды на каустическую щелочь. Сформулирована основная суммарная реакция образования алюмината натрия через феррит натрия, подтверждающее его каталитическое действие в данной реакции. Рассчитана энергия Гиббса прохождения всех изучаемых реакций. Уменьшение энергии Гиббса с повышением температуры подтверждает возможность протекания данных реакций в интервале выбранных температур.
9. Шамозит, находящийся в боксите Тимана при низкотемпературном спекании полностью разлагается, что обеспечивает большее извлечение глинозема из боксита.
10. Технология низкотемпературного спекания позволяет вовлекать в производство красный шлам, полученный способом Байера.
11. Технология низкотемпературного спекания пригодна также для переработки не бокситового сырья, при этом достигаются лучшие показатели по извлечению глинозема.
12. Разработана и предложена технологическая схема комплексной переработки бокситового сырья, позволяющая приступить в дальнейшем к решению основной экологической проблеме глиноземного производства- хранение красных шламов.
13. На основании разработанной технологической схемы производства глинозема разработана методика расчета основных показателей производства по предлагаемой схеме.
14. Проведен сравнительный анализ себестоимости производства глинозема по технологии низкотемпературного спекания на примере боксита Тимана и себестоимости производства глинозема на БАЗ
2. Определяющим фактором полноты извлечения глинозема из боксита является количество и состав шамозита, содержащегося в боксите.
3. Дозировка СаО не приводит к увеличению извлечения глинозема из боксита, а для бокситов с высоким содержанием шамозита наоборот снижает его извлечение.
4. Установлено влияние минерального состава бокситов Тимана на извлечение глинозема и потери щелочи с красным шламом.
5. Шамозит является химически стойким минералом и полностью не разлагается в условиях автоклавного выщелачивания даже с применением окислителей.
6. Обязательными условиями прохождения реакций образования растворимых соединений и обеспечения максимального извлечения глинозема при низкотемпературном спекании является выдерживания в шихте молярных отношений ХсцОДЛЬО, + Бе2О3 + 8Ю2)=1 и Бе2Оз/Л12Оз=0,3 - 0,5.
7. Исключение вторичных потерь глинозема с красным шламом обеспечивается химическим составом раствора, который обеспечивает удержание растворенного кремнезема в алюминатном растворе в метастабильной области.
8. Проведен термодинамический анализ вероятности образования феррита натрия, алюмината натрия и силиката натрия при низкотемпературном спекании шихты при замене соды на каустическую щелочь. Сформулирована основная суммарная реакция образования алюмината натрия через феррит натрия, подтверждающее его каталитическое действие в данной реакции. Рассчитана энергия Гиббса прохождения всех изучаемых реакций. Уменьшение энергии Гиббса с повышением температуры подтверждает возможность протекания данных реакций в интервале выбранных температур.
9. Шамозит, находящийся в боксите Тимана при низкотемпературном спекании полностью разлагается, что обеспечивает большее извлечение глинозема из боксита.
10. Технология низкотемпературного спекания позволяет вовлекать в производство красный шлам, полученный способом Байера.
11. Технология низкотемпературного спекания пригодна также для переработки не бокситового сырья, при этом достигаются лучшие показатели по извлечению глинозема.
12. Разработана и предложена технологическая схема комплексной переработки бокситового сырья, позволяющая приступить в дальнейшем к решению основной экологической проблеме глиноземного производства- хранение красных шламов.
13. На основании разработанной технологической схемы производства глинозема разработана методика расчета основных показателей производства по предлагаемой схеме.
14. Проведен сравнительный анализ себестоимости производства глинозема по технологии низкотемпературного спекания на примере боксита Тимана и себестоимости производства глинозема на БАЗ