Введение к работе
Актуальность работы. 3 России значительную часть глинозема получают в настоящее время из нефелинового сырья на трех предприятиях: Ачинском глиноземном комбинате, Ііикалевском производственном объединении "Глинозем", Волховском алюминиевом заводе.
Комплексная технология переработки нефелинового сырья позволяет наряду с глиноземом получать соду,поташ,цемент,галлий и другие продукты,что делает ее достаточно эффективной.
Однако в этих производствах,например на АГК,образуется ряд промпродуктов и отходов - гидроалюмокарбонатные осадки II стадии карбонизации,подшламовые воды,растворы химчисток оборудования,мелкие фракции производственного гидроксида алюминия и флаш-глинозема. Кроме того на территории Ачинского глиноземного комбината расположена и входит в его состав ТЭС.золы которой в количестве 70-80 тыс. тонн ежегодно накапливаются. Значительные объемы промпродуктов оборачиваются в технологическом цикле,что приводит к дополнительным энергетическим расходам,усложнению технологических переделов, а в ряде случаев и ухудшению экологической обстановки окружающих районов. Особенности минералогического и химического составе» данных ппомпродуктов и отходов требуют разработки индивидуальных технологий для каждого вида сырья. Нами, впервые предлагается утилизировать данные промпродукты и отходы с применением кислотных методов их переработки в рамках общей щелочной технологии. Это дает возможность снизить требования к содержанию оксидов железа и кремния в перерабатываемых промпродуктах,сократить материальные потоки,повысить сквозное извлечение алюминия и галлия из исходного нефелинового сырья. Кроме то го, применение кислотных методов позволяет существенно расширить номенклатуру и ассортимент конечной продукции за счет получения дефицитных коагулянтов - гид--роксохлорида алюминия,оксосульфата , сульфата алюминия и активной окиси алюминия. Вовлечение в дополнительную переработку золы ТЭС, подшламовых вод позволяет существенно улучшить экологическую ситуацию района,прилегающего к АГК, с наращиванием дополнительного выпуска продукции.
Следовательно,комплексная технология переработки промпродуктов и отходов глиноземных производств,перерабатывающих нефелиновое сырье,позволяет дополнительно получить такие ценные для народного
. 4 -
хозяйства продукты,как галлий,коагулянты,активную окись алюминия и цемент,создать безотходное,экологически чистое производство.
Работа выполнялась в соответствии с программой ГКНТ по приоритетному направлению №22 "Создание высокоэффективных методов комплексной переработки минерального сырья,металлических руд,вторичного сырья и отходов" 1991 г. и распоряжения Президиума -АН СССР №10103-948 от 15.06.07 г.
Цель и задачи работы. Целью работы явилась разработка физико-химических основ и технологии комплексной переработки промпро-дуктов и отходов глиноземных производств (нефелиновое сырье) о получением галлия,коагулянтов,активной окиси алюминия и цемента.
Для достижения поставленной цели решали следующие задачи:
проведение термодинамического анализа взаимодействия различных форм гидроксида алюминия с растворами соляной кислоты;
исследование фазового состава системы -NaOH - HjO при различных температурах и концентрациях щелочи;
исследование растворимости в системе АІ(0Н)СІ2 -HaCI - h^O;
определение некоторых физико-химических свойств (растворимость, плотность,вязкость) водных растворов алюминиевых солей и оценка эффективности их коагулирующих свойств на различных типах питьевых и сточных вод;
изучение кинетики и механизма перехода галлия в жидкую фазу при взаимодействии галлийсоцержащих гидроалюмокарбонатных осадков со щелочными растворами;
проверка а укрупненных,опытно-промызлешшх, промыяленных условиях и технико-экономическая оценка технологической схемы комплексной переработки промпроцуктов и отходов глиноземных производств.
Научная новизна. Впервые разработаны физико-химические основы комплексной переработки промпродуктов и отходов глиноземных производств на основе кислотной технологии.
Выполнен термодинамический анализ взаимодействия в многокомпонентных гетерогенных системах,включающих гиббсит.бемит, байерит.дкаспор.рентгеноаморфный алюмогель,соляную кислоту и воду,что позволило определить влияние рН,концентрации соляной кислоты,хлорид-ионов и температуры на растворимость гицроксид-ных соединений алюминия, к состояние алюминия в содянокислотных
растворах, а также установить концентрационные интервалы образования гидроксохлоридных форм.
Получены новые данные по исследованию системы MagO.AIgOg. 2СО2.ПН2О - NaOH - HgO при различных температурах и концентрациях щелочи. На основе анализа данной системы показано,что получение высокореакционных гидроксидных форм алюминия при карбонизации щелочеалюминатных растворов происходит при химической нейтрализации образующихся гидроалюмокарбонатов щелочью раствора при определенных температурах и концентрациях.
Впервые построены изотермы растворимости AlfOHJCIg -MaCI -НрО при 25 и 100С, на основании которых теоретически обоснован . процесс упарки оксохлоридных растворов и получения гидроксохло-ридной пасты. На основании исследований физико-химических свойств гидроксохлоридной пасты предложен новый метод ее очистки от хлоридов щелочных металлов и получения активного оксида алюминия высшей категории качества.
Проведены исследования физико-химических свойств водных ' растворов основных и нормальных хлоридных и сульфатных солей алюминия - растворимость,плотность,вязкость,рН,позволившие идентифицировать данные соли. Оценка коагулирующих свойств алюминиевых солей показала их высокую, эффективность при фиэико-хш/и-ческой очистке питьевых и сточных вод,особенно основных солей алюминия.
Проведена оптимизация процессов каустификации производственных содовых растворов золами ТЭС Ачинского глиноземного комбината методами математического моделирования и обработки результатов исследований с помощью ЭВМ.
Определены кинетические особенности перехода галлия в жидкую фазу и предложена модель взаимодействия галлмйсодертащих гидроалюмокарбонатных осадков со щелочными растворами.
Достоверность-полученных результатов, Основой всего направления исследований послужили современные методы физико-химического анализа. При изучении химизма реакций,идентификации фазового состава исходных материалов и продуктов использовали рентгенофазовый, кри сталлооптически й, термогравиметрический, ИК-спектроскопический,спектральный,гранулометричесю«й и поро-метрмческий методы анализа. Химический состав установлен с использованием стандартных методик химического анализа.
Термодинамические расчеты проведены на ЭВМ по специальным программам с привлечением современного банка данных термодинамических величин.
Некоторые исследования выполнены с использованием методов математического моделирования и обработки результітов на ЭВМ по стандартным программам.
Прпктическач ценность. Разработан способ комплексного использования промпродуктов и отходов глиноземных производств (нефелиновое сырье) с получением галлия,коагулянтов,активной окиси аломиния и цемента.
Основные переделы этого способа прошли укрупненную,опытно-заводскую и промышленную проверку. Проведены технико-экономические расчеты,показавшие высокую эффективность разработанной технологии - рентабельность при ее внедрении в производство составит 55/Б .
3 настоящее время на Ачинском глиноземном комбинате внедрена технология получения сульфатных и оксосульфатных солей алюминия производительностью 7 тыс.тонн в год,создается установка по производству гицроксохлорида алюминия мощностью 15 -20 тыс. тонн. Принято решение о строительстве цеха алюминиевых коагулянтов производительностью 100 тыс.тонн в год.
На защиту выносятся следуюіцие положения:
научное обоснование и разработка технологии комплексного использования промпродуктов и отходов глиноземных производств, перерабатывающих нефелиновое сырье;
результаты по изучению физико-химических свойств сульфатных, оксосульфатных и оксохлорицных солей алюминия,соединений галлия;
получение галлия, коагулянтов,активной окиси алюминия и цемента из промпродуктов и обходов глиноземных производств.
Алробб'тия работы. Основные положения диссертационной работы доложены и обсуткдекы на Всесоюзном совещании "Кислотные методы комплексной переработки алюмосиликатного сырья" (г.Апатиты, 1990 г.),Международной конференции "Научно-технический прогресс в металлургии легких металлов" (г.Санкт-Петербург,1991г.), Ы>* ^-народном семинаре DHECK0 "Промышленные и токсичные отходы: оценка риска,минимизация образования,переработка и захоронение" (r.UocKB4,Iv/52r.).
Публикации. По теме диссертационной работы опубликовано 4 печатных работы,получено 4 положительных решения на выдачу патента.
Структура й об-ьем диссертационной работы. Диссертация состоит из введение,четырех глав,общих выводов,списка литературы и приложения. Она изложена на 125 страницах машинописного текста, содержит 54 рисунка, 16 таблиц,библиография включает 126 наименований.