В данной статье представлены результаты исследования продуктов переработки бокситов, образующихся на каждом этапе технологического процесса производства глинозема по схеме Байер- спекание, для определения фракции с наибольшим содержанием оксида железа (lll), т.е. железистых песков.
В настоящее время основной сырьевой базой для производства глинозема на АО «Алюминий Казахстана» являются низкокачественные бокситы Краснооктябрьского месторождения, которые характеризуются повышенным содержанием соединений железа, кремния, серы, карбонатов и органических веществ.
В последние годы наблюдается тенденция ухудшения качества добываемых бокситов Краснооктябрьского месторождения: снижается содержание Аl2O3, увеличивается содержание Fe2O3 (оксид железа), серы, кремния, углерода и глинистых минералов. Ухудшение качества боксита способствует увеличению материальных потоков по технологическим переделам, увеличению расходных коэффициентов по сырью, вспомогательным материалам и энергоресурсам.
Одной из основных балластных составляющих боксита является оксид железа, который при производстве глинозема проходит байеровский и спекательный переделы.
Спекание шихт с высоким содержанием Fe2O3 приводит к неустойчивой работе печей спекания и выдаче на передел выщелачивания оплавленного материала, что снижает извлечение Al2O3 и Na2O на первой стадии выщелачивания, увеличивает потери полезных компонентов со спековым шламом.
Рисунок 1 - Содержание Fe2O3 в глиноземсодержащих материалах ПАЗа
Шламовая шихта, в состав которой входит красный шлам, является самой легкоплавкой из алюминийсодержащих шихт и имеет небольшую температурную площадку спекообразования. Как показала производственная практика, спекание шихт с высоким содержанием Fe2O3 приводит к неустойчивой работе печей спекания и выдаче на передел выщелачивания оплавленного материала [1]. Повышенное содержание Fe2O3 в красном шламе способствует образованию в спеке нерастворимой фазы типа браунмиллерит 4CaO×Al2O3×Fe2O3. Это соединение переходит в спековый шлам безраст ворения, что объясняет дополнительные потери оксида алюминия.
В связи с синтезом браунмиллерита возникает дефицит оксида кальция на связывание диоксида кремния в двухкальциевый силикат. Это приводит к образованию новой фазы типа натриево-кальциевый силикат 2Na2O×8CaO×SiO2, которая не разлагается в условиях стандартного выщелачивания спека и приводит к снижению извлечения щелочи.
На рисунке 2 приведены практические данные переработки спека на ПАЗе, которые иллюстрируют четкую взаимосвязь потерь оксида алюминия в составе спекового шлама с повышением содержания Fe2O3 в спеке.
Рисунок 2 - Зависимость между содержанием Fe2O3 в спеке и содержанием Al2O3 в шламе стандартного выщелачивания спека [1]
Кроме того, приход на печи спекания Fe2O3 в виде красного шлама создает дополнительный балластный поток и влечет дополнительную нагрузку на печи. Следовательно, для снижения отрицательного влияния оксидов железа на процесс спекания необходимо изменять состав исходной шихты [1].
Для осуществления поставленных задач был проведен ряд лабораторных опытов для определения фракции, содержащей наибольшее количество Fe2O3 и точки вывода ее. Методом ситового анализа в различных продуктах определяли содержание фракций +0,16; -0,16; +0,063; -0,063 и химический состав каждой фракции. Предметом исследования были продукты переработки боксита в байеровской ветви: сырая, вареная и разбавленная пульпы; шлам сгущения; пульпа питания головных промывателей, шлам хвостовых промывателей.
Результаты исследований приведены в таблицах 1-6. Таблица 1 – Результаты исследования сырой пульпы
Таблица 2 – Результаты исследования вареной пульпы
Таблица 3 – Результаты исследования разбавленной пульпы
В результате лабораторных исследований определили, что фракции +0,063 и +0,16 во всех исследованных шламах и пульпах являются наиболее тяжелыми и плотными фракциями, содержащими наибольшее количество оксида железа, т.е. представляют собой «железистые пески». Данные фракции содержат наименьшее количество Al2O3 и Na2O, что при выделении этих фракций из общей массы красного шлама позволит снизить потери ценных соединений.
Таблица 4 – Результаты исследования шлама сгущения
Таблица 5 – Результаты исследования питания головных промывателей
Таблица 6 – Результаты исследования шлама хвостовых промывателей
Наиболее оптимальным способом выведения железистых песков из шлама является метод гидроциклонирования, где происходит разделение жидких неоднородных систем под воздействием центробежных сил и силы тяжести. [2]. К тому же гидроциклоны являются наиболее простыми по конструкции и дешевыми аппаратами. Они компактны, обладают высокой производительностью и несложны в эксплуатации. [3] В дальнейшем возможно использование железистых песков после обогащения в качестве сырья в металлургическом производстве.
Литературы
- Ибрагимов А.Т., Будон С.В. Развитие технологии производства глинозема из бокситов. - Павлодар: Дом печати, 2010. - 304 с.
- Касаткин А.Г. Основные процессы и аппараты химической технологии. - М.: Химия, 1973 – 749 с.
- Шестов Р.Н. Гидроциклоны. - Л., Машиностроение, 1967. – 78 с.