Введение к работе
Актуальность темы: Высокие темпы роста производства глинозема гребуют ускорения научно-технического прогресса и повышения эффективности исследований.
На Павлодарском алюминиевом заводе (ПАЗ) освоена впервые в мировой практике технология переработки низкокачественных бокситов Казахстана па глинозем по последовательной схеме Байер-спекание. Подобные бокситы в мировой практике квалифицируются как бокситолодобные глины. Теоретические основы технологии производства глинозема на ПАЗе разработаны под руководством В.Д.Пономарева, Л.П.Ни, Н.С.Шморгуненко, Н.С.Мальца, В.А.Мазеля и творческого коллектива ВАМИ. Применяемые в промышленности аппаратурно-техпологические схемы производства глинозема на ПАЗе основаны на физико-химических исследованиях технологических процессов и изучении закономерностей работы применяемого оборудования, выполненных И.В. Прокоповым, Л.Г.Романовым, Н.Н.Ереминым, С.И.Кузнецовым, В.М.Сизяковым, Х.Н.Нурмагамбетовым, а также коллективом инженерно-технических работников ПАЗа.
Производство глинозема на ПАЗе характеризуется ..повышенными капитальными затратами и расходом энергии, технико-экономические показатели в значительной мере зависят от степени извлечения оксида атюминил из сырья, производительности оборудования, расхода топлива и определяются как технологией процесса спекания, так и процесса Байера. Казахстанские бокситы характеризуются нестабильным литологическнм и фазовым составом, повышенным содержанием железистых минералов, карбонатов и органических примесей. В Казахстане имеются также другие виды глиноземсодержащего сырья, такие, как нефелиновые сиениты, глины, каолины и золы от сжигания углей, которые являются потенциальными сырьевыми источниками для производства глинозема.
Поэтому актуальными являются вопросы дальнейшего
совершенствования технологии производства глинозема на ПАЗе как путем интенсификации существующих способов, так и путем привлечения в сферу производства новых видов сырья. В представленной работе основное внимание уделено изучению физико-химических основ переработки красного шлама с другими глиноземсодержашими сырьевыми источниками (нефелиновыми сиенитами, глинами, золами), разработке способов переработки зол от сжигания углей, переработке низкокачественных бокситов с повышенным содержанием оргашгческих примесей.
Исследования выполнялись в соответствии с Республиканской целевой научно-технической программой «Углеотхолы», с планами научно-исследовательских работ отраслевой научно-исследовательской глиноземной
лаборатории и кафедры физико-химических исследовании металлургических процессов КазНТУ
Цель работы: Теоретическое обоснование и разработка способов комплексной переработки низкокачественного глиноземсодержащего сырья Казахстана.
Научная новизна.
Построены диаграммы плавкости системы Na20 А1203" ^е203" 2СаО Si02 - СаО Fe203 - 2СаО Fe203 - Na20 CaO Si02 позволяющие определить температуру спекания любого глиноземсодержащего сырья и ожидаемое извлечение глинозема, при заданном извлечении глинозема подобрать оптимальный состав шихты, режим и технологические параметры спекания.
Установлены механизм взаимодействия в смесях гидроалюмосиликат натрия-каолинит-сода-углекислый кальций, гидроалюмосиликат натрия нефелин - сода - известняк, гидроалюмосиликат натрия -каолинит -сода углекислый кальций в восстановительных условиях, схема химически: реакции для указанных смесей, описывающие взапмодепствім в них прі различных температурах.
Установлена термодинамическая вероятность протекания химических реакций в восстановительных условиях между сульфатом натрия и кремнеземом, а также между сульфатом натрия и муллитом.
Определены кинетические зависимости основных стадий технологических процессов, происходящих при спекании искусственных и технологических шихт.
Научно обоснованы оптимальные технологические параметры процесса спекания для ряда искусственных и технологических шихт.
Энерго-дисперсным анализом спеков и шламов показано, что процесс минералообразовання идет с появлением жидкой фазы, минералы алюмината натрия и двухкальциевого силиката не образуются в свободном виде, чаще всего они пропитаны друг в друге и покрыты тонкими, слегка оплавленными оболочками. При этом подбор оптимального технологического режима спекания играет важную роль для минералообразовання.
Практическая ценность: На основании теоретических
исследовании разработаны и предложены способы переработки красного шлама с добавкой алюмосиликатов, сульфат-натриевый способ переработки золы Экибастузского угля, способ очистки алюминатных растворов от органических примесей.
Определены технологические режимы спекания различных шихт, обеспечивающие наиболее полное извлечение цепных компонентов.
Разработан способ совместной переработки красного шлама с ипомосиликатами.
Проведены полупромышленные испытания по совместной переработке байеровского красного шлама ПАЗа с глиной АР-3 на Пеншіградском опытном заводе ВАМИ. Полупромышленные испыташш зыполнялись в соответствии с координационным планом МЦМ бывшего СССР. Разработанная технология подготовлена к промышленному. внедрению.
В результате лабораторных исследовании и полупромышленных испытаний следующие технические решения и технологические приемы были внедрены на Павлодарском алюминиевом заводе:
-режимные условия дробления и измельчения краснооктябрьских бокситов;
-оптимальные параметры восстановительно-окислительного спекания многокомпонентных шихт;
-технологический режим для снижения вторичных потерь на переделе гидрохимической переработки спека;
-добавление в шихту спекания низкосортных бокситов для компенсации . потерь щелочи, которые обеспечили улучшение технологических показателей производства глинозема.
Экономический эффект от внедрения вышеуказанных разработок на Павлодарском алюминиевом заводе АО «Алюминий Казахстана» составил 2.6 млн. тенге,
Вовлечение в сферу производства глинозема низкокачественных глипоземсодержащих сырьевых источников можно квалифицировать как решение крупной научно - практической проблемы.
Новизна технических решений, изложенных в диссертационной работе подтверждена тремя авторскими свидетельствами и одним патентом Республики Казахстан.
Личный вклад автора в решение проблемы. Работа является результатом многолетних исследований автора, проведенных в КазНТУ и Техническом Университете Клаусгаль Федеративной Республики Германии. Постановка проблемы, формулирование задач и поиск путей их решения, экспериментальные исследования, научные и практические рекомендации, их обобщение, а также итоговые выводы осуществлены автором лично.
Автор выносит на защиту:
-результаты исследований плавкости систем системы Na20 А120 -Na20 Fe203 - 2СаО Si02 - CaO Fe203 - 2CaO Fe203 - Na20 CaO SiO, ;
-результаты исследований механизма взаимодействия в искуственных смесях гвдроалюмосиликаг натрия-каолиниг-сода-углекислый кальции,
гидроалюмосиликат натрия -нефелин- сода-известняк, гидроалюмосиликат натрия -каолинит -сода -углекислый кальции в восстановительных условиях;
-способ получения глинозема путем совместной переработки краскогс шлама и золы экибастузских углей спеканием;
-результаты термодинамических исследовании в системе зола - Na2SO;
- С(СО);
-способ переработки минеральной части углей с получением силиката натрия и глиноземистого концентрата;
-способ переработки минеральной части углей с получением нефелинового концентрата, силиката натрия, серной кислоты и др. продуктов;
-результаты кинетических и технологических исследований 3- и 4-компоцентной глино-шламовой шихты;
-результаты кинетических исследований смеси ГАСН-каолинит-сода-извесгаяк при спекании;
-результаты кинетических и технологических исследований восстшовіпельно-окислительного спекания шламовой и глино-шламовой шихты;
-технологическая возможность совместной переработки красного шлама с нефелиновыми сиенитами;
-технологическая возможность спекания красного шлама с углистой внутренной вскрышной породой;
-результаты полупромышленных испытаний на ЛОЗ ВАМИ по спеканию шламо-глинистой шихты и выщелачиванию полученного спека.
Апробация работы: Основные положения и отдельные результаты доложены и обсуждены на Республиканской научно-практической конференции молодых ученых и специалистов (г. Усть-_Каменогорск, 1977г); на научно-технической конференции КазПТИ им. В.И.Ленина (г. Алма-Ата, 1987г), на 11 Республиканской конференции по щелочной металлургии цветных металлов (г. Алма-Ата, 1981г.), Республиканской конференции «Научно-технические проблемы комплексного использования полезных ископаемых» ( Джезказган, 1982г.), на 5-ом интернациональном конгрессе «JCSOBA» ( Югославия,1983г), на 111 Республиканской конференции «Комплексная переработка минерального сырья методами щелочной металлургии» (г.Алма-Ата, 1987), на Международной научно-технической конференции «Проблемы и перспективы развития науки и техники в области механики, биофизики, нефти, газа, энергетики и химии Казахстана» (г.Актау 1996г.), на международной конференции «Экология и устойчивое развитие» (г. Петропавловск, 1998г), на международной научной конференции «Наука и образование - ведущий фактор стратегии «Казахстан-2030» (г.Караганда, 1998г.)
Публикации. По теме диссертации опубликовано 30 работ, включая >дну монографию(11,1 п.л.) и 4 авторских свидетельств, патентов и гредпатентов РК на изобретения.
Структура и объем работы. Диссертация состоит из введения, девяти глав, выводов, списка литературы и приложений, изложена на 309 страницах машинописного теста, содержит 91 рисунок, 81 таблицу, библиография включает 251 наименование.