Содержание к диссертации
Введение
ГЛАВА 1 Развитие сырьевой базы производства глинозёма на основе существующих и перспективных технологических процессов 11
ГЛАВА 2 Физико-химическое обоснование спекания известняково-нефелиновых шихт с добавкой щелочных алюмосиликатов природного и техногенного происхождения 27
2.1 Минеральная и петрографическая характеристика нефелинового сырья 27
2.2 Твердофазные реакции и их роль при спекании нефелиновых шихт 31
2.3 Фазовый состав алюминатных спков и его физико-химические характеристики 35
2.4 Особенности выщелачивания нефелиновых спеков 42
ГЛАВА 3 Экспериментальное исследование процесса спекания известняково-нефелиновых шихт с сырьевыми добавками щелочных алюмосиликатов 51
3.1 Методика проведения экспериментальных исследований 51
3.2 Экспериментальное исследование закономерностей переработки известняково-нефелиновой шихты с добавкой уртита 58
3.3 Экспериментальное исследование закономерностей переработки известняково-нефелиновой шихты с добавками рисчорритовых пород 91
ГЛАВА 4 Эксперементальное исследование спекания известняково-нефелиновой шихты на основе нефелинового концентрата от обогащения лежалых хвостов апатитового производства 109
4.1 Исследование химико-минералогического состава лежалых хвостов апатитового производства 109
4.2 Исследование обогатимости и приготовления лабораторной пробы нефелинового концентрата на основе лежалых хвостов 117
4.3 Исследования показателей спекания известняково-нефелиновых шихт на основе нефелинового концентрата от обогащения лежалых хвостов апатитового производства 120
4.4 Определение показателей спекания известняково-нефелиновой шихты на основе нефелиновых концентратов с добавками щелочных алюмосиликатов Хибинского массива 125
ГЛАВА 5 Анализ аппаратурно-технологических решений для приготовления известняково-нефелиновых шихт и их адаптация при комплексной переработке нефелиновых концентратов совместно с сырьевыми добавками 130
Заключение 141
Список литературы 146
- Фазовый состав алюминатных спков и его физико-химические характеристики
- Экспериментальное исследование закономерностей переработки известняково-нефелиновой шихты с добавкой уртита
- Исследование обогатимости и приготовления лабораторной пробы нефелинового концентрата на основе лежалых хвостов
- Определение показателей спекания известняково-нефелиновой шихты на основе нефелиновых концентратов с добавками щелочных алюмосиликатов Хибинского массива
Введение к работе
Актуальность работы. Проблема напряжённой сырьевой обеспеченности производства алюминия в Российской Федерации хорошо известна, как результат дефицита разведанных запасов традиционного для данной отрасли бокситового сырья Известную альтернативу бокситам составляют щелочные алюмосиликатные породы, переработка которых даёт не менее 40% отечественного глинозёма. При этом Россия имеет безусловный приоритет в данной технологии и опыт переработки нефелинового сырья двух крупных геологических провинций в Красноярском крае и Мурманской области. Последние десятилетия работы отрасли, сопровождаются не только существенными осложнениями при переходе к рыночным условиям, но и заметным исчерпанием уже вовлечённых в переработку месторождений. Это вызывает необходимость изыскания альтернативных сырьевых источников и разработки эффективных технологических решений для их переработки с учётом требований ресурсосбережения, экологической безопасности, обеспечения качества основной и попутной продукции.
Научно-технические аспекты производства глинозёма из альтернативных сырьевых источников получили существенное развитие в работах Н.И. Ерёмина, А.К. Запольского, В.И. Захарова, А.И. Лайнера и Ю.А. Лайнера, Г.З. Насырова, Л.П. Ни, В.Д. Пономарева, В.С. Сажина, В.М. Сизякова, В.А. Уткова и их учеников, а также в исследованиях ведущих институтов, университетов и производственных коллективов предприятий реального сектора экономики. Эти решения направлены как на расширение сырьевой базы глинозёмного производства, так и на разработку технологических решений для переработки сырья сложного химико-минералогического состава с пониженным содержанием ценных компонентов, что востребовано в настоящее время, но нуждается в адаптации применительно к современным потребностям производственного комплекса.
Связь темы диссертации с научно-техническими программами. Диссертационная работа соответствует целям и задачам Федеральной целевой программы «Исследования и
разработки по приоритетным направлениям развития научно-технологического комплекса России на 2014-2020 годы», утвержденной постановлением Правительства России от 21 мая 2013 г. № 426, по пункту 6. приоритетных направлений «Рациональное природопользование». Исследования представленные в диссертации выполнены при финансовой поддержке Министерства образования и науки Российской Федерации в рамках государственного контракта от 20 октября 2014 года № 14.577.21.0127 на выполнение научно-исследовательских работ по теме «Разработка технологии и создание опытной установки для переработки низкосортного алюминиевого сырья» и Государственного задания №10.1392.2014/К по теме «Исследование технически значимых систем глинозёмного производства, разработка и оптимизация технологических решений для повышения его эффективности».
Цель работы: Научное обоснование и разработка технических решений, обеспечивающих эффективное извлечение ценных компонентов при выщелачивании алюминатных спёков от переработки известняково-нефелиновых шихт с сырьевыми добавками природного и техногенного происхождения.
Идея работы заключается в спекании известняково-нефелиновых шихт с сырьевыми добавками уртитовых и рисчорритовых пород Хибинского региона, а также в использовании нефелинового концентрата от обогащения лежалых хвостов флотации апатит-нефелиновых руд.
Основные задачи работы:
-
Выбор направления исследований для расширения сырьевой базы глинозёмного производства и совместной переработки нефелиновых концентратов с сырьевыми добавками природного и техногенного происхождения по материалам анализа научно-технической и патентной литературы.
-
Физико-химическое обоснование выбора доступных технологических систем и осуществляемых процессов, обеспечивающих возможность достижения высоких показателей вскрытия высококремнистого алюминийсодержащего сырья при его переработке способом спекания с известняком.
-
Методическое обеспечение экспериментальных исследований, включая их планирование и обработку результатов, выбор технологической схемы экспериментов и лабораторного оборудования, решение вопросов технологического контроля и анализа технологических продуктов, с учётом реализации принципов ресурсосбережения и безопасного осуществления процессов.
-
Экспериментальное установление зависимостей, характеризующих влияние технологически значимых факторов на показатели химического извлечения ценных компонентов при переработке известняково-нефелиновых шихт с сырьевыми добавками природного и техногенного происхождения, включая установление предпочтительных сырьевых составов, технологических режимов и научное обоснование результатов.
5. Разработка рациональных технологических решений для
приготовления и спекания многокомпонентных известняково-
нефелиновых шихт с использованием сырьевых добавок, и
адаптированных к действующему производственному комплексу по
переработке нефелинового сырья.
Методы исследования. Исследование технологических материалов и продуктов выполнялось с применением известных отраслевых методик, а также высокотехнологичных методов лазерного микроанализ частиц, рентгеновской дифрактометрии, рентгенофлуоресцентного и термического анализа. При выполнении экспериментальных исследований применялось физическое моделирование технологических процессов и систем. На отдельных этапах обработки данных использованы стандартные и специализированные программные пакеты.
Научная новизна:
- показано, что уртитовые и рисчорритовые породы Хибинского массива могут рассматриваться в качестве резервного сырья, а нефелиновые концентраты от обогащения лежалых хвостов флотации апатит-нефелиновых руд в качестве альтернативной и дополнительной сырьевой базы производства глинозёма способом спекания в Северо-Западном регионе России.
установлены существенные изменения в химическом, минералогическом и гранулометрическом составе лежалых хвостов апатитового производства под воздействием экзогенных факторов. Результатом этих изменений является развитие вторичного минералообразования с замещением нефелина, увеличение доли шламовых фракций и их обогащение оксидом алюминия, что оказывает влияние на технологические свойства сырья.
спекание насыщенных нефелиновых шихт с пониженным содержанием оксида алюминия при использовании уртитовых и рисчорритовых пород Хибинского массива характеризуется высокими показателями извлечения ценных компонентов и уменьшенным содержанием щелочных компонентов в нефелиновом шламе, на уровне 0,9–1,1%, что является приемлемым для производства портландцемента высокого качества.
при спекании известняково-нефелиновых шихт с добавками уртитовых и рисчорритовых пород показатели извлечения оксида алюминия и щелочей имеют экстремальный характер в зависимости от величины силикатного и ферритного модулей, что отражает закономерности фазообразования в многокомпонентной системе
Na2O(K2O)-CaO-Al2O3-Fe2O3-SiO2 и создаёт условия для нахождения
области предпочтительных составов шихт и спёков.
- при спекании известняково-нефелиновых шихт с
использованием нефелинового концентрата от обогащения лежалых
хвостов апатитового производства и известняка Пикалёвского
месторождения установлено, что показатели процесса по
химическому извлечению полезных компонентов находятся на
высоком уровне и составляют для А12О3 - 89,5 %, для Na2О - 89,3%,
в пределах технологически допустимого изменения режима
процесса по температуре спекания, величине щелочного и
известкового модуля.
Практическая значимость работы:
- совокупность полученных результатов имеет значение для
разработки технических заданий на выполнение НИР более
высокого уровня и ОТР, а также для подготовки исходных данных
на проектирование новых и реконструкцию действующих
производственных мощностей, связанных с производством глинозёма при переработке нефелинового сырья способом спекания;
методические разработки представляют интерес для их использования при выполнении исследований применительно к аналогичным процессам и системам, в том числе при выполнении экспериментальных исследований в рамках подготовки квалификационных работ разных уровней;
научные и практические результаты могут быть использованы в учебном процессе с их включением в лекционные курсы и лабораторные практикумы при подготовке специалистов металлургического профиля в Санкт-Петербургском горном университете по дисциплинам, «Металлургия лёгких металлов», «Специальный курс. Производство глинозёма».
Обоснованность и достоверность научных положений, выводов и результатов подтверждается их соответствием известным тенденциям развития производства глинозёма, ранее полученным результатам и разработкам, а также доказывается с позиций современной теории глинозёмного производства и практики осуществления аналогичных процессов, статистической значимостью факторов использованных в экспериментальных исследованиях, применением высокотехнологичных методов физико-химического анализа и обработки данных.
Апробация работы. Основные результаты диссертации докладывались на Российских и международных научных конференциях: Научно-техническая конференция «Инновации Северо-запада», Санкт-Петербургский государственный электротехнический университет «ЛЭТИ» им. В.И.Ульянова (Ленина), Санкт-Петербург, 15-16 декабря 2014; Международная научно-техническая конференция «Комбинированные процессы переработки минерального сырья: Теория и практика», Национальный минерально-сырьевой университет «Горный», Санкт-Петербург, 19-20 мая 2015; Международная научная конференция «Innovations in Mineral Resource Value Chain», Технический университет Фрайбергской горной Академии, Фрайберг, 18-20 июня 2015.
Публикации. Основные результаты диссертации опубликованы в 8 научных работах, в том числе 4 статьи в рецензируемых журналах из перечня ВАК РФ.
Личный вклад автора: определение целей и задач исследования, выбор и обоснование направления исследований по материалам анализа научно-технической и патентной литературы, теоретическая и методическая проработка выбранного направления работ, выполнение экспериментальных исследований, обработка и анализ результатов лабораторных исследований, разработка технических решений для приготовления трёхкомпонентных известняково-нефелиновых смесей с сырьевыми добавками уртитовых и рисчорритовых пород, апробация полученных результатов и их подготовка к публикации.
Объем и структура диссертации. Диссертация состоит из введения, пяти глав и заключения, списка литературы из 129 наименований. Общий объем диссертации составляет 159 страниц машинописного текста, содержит 38 таблиц, 90 рисунков.
Фазовый состав алюминатных спков и его физико-химические характеристики
К настоящему моменту в нераспределнном фонде недр находятся два крупных месторождения данного региона - Горячегорское тералито-сиенитовое в Красноярском крае и Баянкольское ийолит-уртитовое в Республике Тыва. [6,7]. Изучение Горячегорского месторождения было начато ещ до открытия Кия-Шалтырского месторождения и ранее рассматривалось как основная база Ачинского глинозмного комбината [15,16]. При детальном исследовании этих руд была выявлена необходимость предварительного обогащения руд, что затруднило использование данного месторождения [17]. Баянкольское ийолит-уртитовое месторождение в Республике Тыва представлено в основном полевошпатовыми уртитами и ювитами [18]. Оно имеет зональное строение, чем обусловлено увеличение содержания глинозема от периферии к центру. Содержание Al2O3 в руде составляет около 27 %, а сумма щелочей находится на уровне 16%, при этом около 5 % приходится на K2O. Значительная доля калия повышает ценность руд, но пониженное содержание CaO в руде увеличивает расход известняка, что неблагоприятно влияет на технико-экономические показатели.
К месторождениям забалансовых руд на данный момент относят Сыннырское, Мухальское и Сакунское месторождение. Мухальское месторождение расположено в Баунтовском районе Республики Бурятия. Большая часть рудного тела находится под слоем осадочно–вулканогенных пород неогена большой мощности, поэтому добыча проб осуществлялась с помощью буровых работ [19]. Рудное тело в основном представлено уртитами и ийолит-уртитами, имеет сложное строение и большую изменчивость минерального состава без видимых закономерностей, что приводит к необходимости обогащения данных руд. Проведенными исследованиями институтов «Механобр» и ВАМИ была доказана эффективность магнитной сепарации, которая обеспечивает высокий выход концентрата на уровне 80 % с сохранением кальциевой составляющей в концентрате [15]. Сыннырское месторождение включает в себя три крупных участка, представленных в основном высококалиевыми псевдолейцит нефелиновыми сиенитами с кальсилит-калиевыми-полевошпатовыми породами, имеющими собственное название - сынныриты [20]. По химическому составу сынныриты существенно отличаются от нефелиновых руд и концентратов ранее изученных месторождений вследствие исключительно высокого содержания K2O на уровне 18 %, что делает их перспективным сырьм для производства поташа и калийных удобрений [21,22]. Сакунское месторождение находится в Читинской области и его можно рассматривать как месторождение калиево-глиноземных руд в состав которых входят сынныриты, нефелиновые сиениты и псевдолейциты [23]. Качество руды Сакунского месторождения заметно уступает рудам Сыннырского месторождения по содержанию Al2O3 и K2O, которое составляет около 20 % и 16 % соответственно. При этом содержание SiO2 достигает 56 %, что заметно превышает содержание кремнезма в типичных нефелинсодержащих рудах [24]. Полному освоению и вовлечению в переработку Махульского, Сыннырского и Сакунского месторождений препятствует их расположение в труднодоступном районе со слабо развитой инфраструктурой.
Существенно большей доступностью и привлекательностью для освоения обладают месторождения щелочного высококремнистого алюминиевого сырья Мурманской области, в которых сосредоточено три четверти запасов алюминийсодержащего сырья России, рисунок 5. Сюда входят месторождения: Партомчоррское, Апатитовый Цирк, Коашвинское и Ньоркпахкское, Кукисвумчоррское, Юкспорское, Плато Расвумчорр, Олений Ручей. В основном они представлены апатит-нефелиновыми рудами, имеющими большое практическое значение для производства минеральных удобрений, глинозма и попутной продукции [7,25]. В последнее время дополнительный интерес к апатит-нефелиновым рудам связан с содержащимися в них редкоземельными элементами, потребность в которых неизменно возрастает в связи с развитием высокотехнологичных секторов экономики [26]. Значительные залежи уртитов и рисчорритов, в том числе в составе вскрышных пород, представляют собой дополнительный сырьевой источник высокой доступности, но нуждающийся в системном научном исследовании, рисунок 5. Рисчорриты по минеральному составу представляют собой близкий аналог рассмотренных ранее сынныритовых пород и также отличаются повышенным содержанием калия, что представляет значительный практический интерес для их комплексной переработки с попутным производством минеральных удобрений и содопродуктов [27-30].
Кианитовые концентраты Амурской области содержат более 60 % глинозема. По содержанию Al2O3 они сопоставимы с высококачественными бокситами. По предварительным прогнозам ресурсы кианитов по Дальнему Востоку России оцениваются в 1056 млн т, высокоглиноземистых сланцев — 1686 млн т, лабрадоритов (без учета андезинитов) Каларского анортозитового массива - 34 млрд т [2, 31].
Экспериментальное исследование закономерностей переработки известняково-нефелиновой шихты с добавкой уртита
Экспериментальные исследования показали, что процесс лимитируется внутридиффузионной стадией [118]. Анализ влияния различных факторов (температуры, крупности, пористости и гидродинамических условий выщелачивания) позволяет установить, что значительные колебания коэффициента диффузии Dy являются результатом особенностей пористой структуры нефелиновых спеков. В них, значительная часть порометрического объема представлена канальными порами, диаметр которых изменяется в пределах 20 -200 мкм. наличие сквозных пор в спеке приводит к тому, что внутридиффузионный перенос вещества от границы растворения к поверхности частицы складывается из двух стадий. Первая стадия - это молекулярный перенос, от границы растворения к поверхности сквозной поры; вторая -принудительный или конвективный перенос в сквозной поре к поверхности частицы [101].
Принудительный перенос вещества в канальных порах нефелинового спека характеризуется относительно небольшой скоростью. По этому, можно считать, что в целом кинетика выщелачивания спка такого типа определяется молекулярным переносом. Следовательно, для кинетики выщелачивания имеет значение не размер всего куска спека, а лишь размер той его части, в которой перенос осуществляется за счет молекулярной диффузии. При малой пористости спека, когда отсутствуют сквозные поры, определяющим является диаметр всей частицы спка. С увеличением пористости кусок спека разделяется канальными порами на несколько более мелких «непроницаемых» частиц. Так как канальные поры имеют различные размеры, то одни из них становятся проходимыми для раствора при малых скоростях его движения, другие - только при высоких. Это объясняет, почему с увеличением скорости обтекания частиц раствором изменяется кинетика их выщелачивания. Для быстрого растворения алюминатов щелочных металлов и для полного разложения феррита натрия выгодно проводить выщелачивание тонкоизмельченного спека при высокой температуре. Однако наличие двухкальциевого силиката, содержание которого в нефелиновом спеке составляет около 70 % , не позволяет держать температуру пульпы выше 80 оС.
Существенное влияние на природу вторичный реакций оказывает крупность выщелачиваемого спека и метод выщелачивания, определяющие концентрацию жидкой фазы, расположенной вблизи поверхности спека и в его порах, таблица 2.4. При повышении концентрации алюминатного раствора растворимость гидроалюмосиликата натрия повышается значительно и в большей степени, чем растворимость гидрограната. Следовательно, в условиях медленной диффузии из внутреннего объема концентрированной жидкости в общую массу раствора кремнезем будет осаждаться предпочтительно в виде граната [119].
Закономерности процесса выщелачивания алюминатных спеков во многом определяются свойствами алюминатных растворов, их природой и составом. Основные положения процесса выщелачивания спеков представлены на диаграмме состояния Na2O-Al2O 3-H2O, рисунок 2.5 [91]. Концентрация раствора внутри капилляра или пор спека изменяется от точки, соответствующей выщелачиваемому раствору N, до концентрации насыщения Cs (точка S). При температуре 95 0С состав раствора внутри капилляра изменяется по прямой NS. лежащей ниже изотермы растворимости AB и , следовательно , раствор является устойчивым по отношению к Al(OH)3. С понижением температуры до 60 0С раствор становится пересыщенным гидраргиллитом, и в этой области может иметь место его разложение. Аналогичное явление наблюдается, если температура раствора с самого начала процесса равна 60оС. Таким образом, состав выщелачивающего раствора и его температура определяют изменение внутренней концентрации раствора в капилляре, а следовательно, и величину диффузионного сопротивления. Поэтому все эти факторы должны приниматься во внимание при анализе величин коэффициентов диффузии [101].
Такую закономерность можно объяснить из теории строения алюминатных растворов, в основе которой лежит представление о комплексном виде алюминатных ионов. Размеры последних зависят от концентрации и каустического отношения алюминатного раствора. Наименьший размер анионы имеют в концентрированных растворах с высоким каустическим модулем; по мере снижения концентрации и модуля происходит полимеризация ионов. Наибольшего размера (критического) они достигают в области неустойчивых по отношению к Al(OH)3 растворов. Здесь возможно образование полимеров больше критического размера. Однако следует отметить, что в случае попадания промежуточных растворов в капилляре в область пересыщенных растворов процесс полимеризации ионов идет постепенно - лишь через некоторый промежуток времени устанавливается малая скорость диффузии [114].
В связи с использованием для производства глинозема нефелинов, которые содержат не только натриевую, но и калиевую щелочь, термодинамический анализ системы К2О – Al2O3 – H2O а также системы Na2O-К2О-А12О3-Н2O представляет известный практический интерес. В то же время необходимо отметить, что количество известных литературных данных о состоянии калийсодержащих алюминатных растворов существенно меньше по сравнению с материалами о системе Na2O-А12О3-Н2O. На рисунке 2.6 приведено сопоставление изотерм растворимости в системе Na2O-А12О3-Н2O и К2О – Al2O3 – H2O.
Изотермы обеих систем по общему характеру аналогичны. Изотермы системы К2О – Al2O3 – H2O, как и системы Na2О – Al2O3 – H2O состоят из двух ветвей, пересекающихся в остром максимуме с равновесными твердыми фазами: Al(OН)3 – для левой и К2ОAl2O3H2O – для правой ветви. Однако изотермы системы К2О – Al2O3 – H2O расположены правее и ниже соответствующих изотерм системы Na2О – Al2O3 – H2O, т.е. равновесные точки на изотермах первой системы при одной и той же концентрации Al2O3 отвечают большим концентрациям щелочи (К2О), рисунок 2.7. В то же время необходимо учитывать существенные отличия свойств алюминатных растворов в системе К2О – Al2O3 – H2O, как результата меньшего радиуса ионов калия, что приводит к снижению их вязкости и устойчивости в отношении процесса гидролиза [120].
Исследование обогатимости и приготовления лабораторной пробы нефелинового концентрата на основе лежалых хвостов
Потери веса шихты при спекании в изученном интервале температур изменяется в диапазоне от 27% при 1200 С до 45 % при 1300 С. Незначительная потеря при низких температурах связана с незавершнным процессом декарбонизации шихты, который получает более полное развитие при температуре 1300 С. При повышении температуры и ферритного отношения шихты в связи с увеличением доли уртита, закономерно возрастает количество жидкой фазы и потери щелочных компонентов вследствие возгонки. Резкое увеличение потери массы наблюдается при спекании двухкомпонентной известняково-уртитовой шихты при температуре 1300 0С, рисунки 3.27 и 3.28. Спеки становятся более темными и существенно уменьшаются в размере по сравнению с продуктами спекания двухкомпонентных известняково-нефелиновых шихт, что говорит о заметном росте количества расплава при участии железосодержащего компонента, рисунки 3.31 и 3.32.
С ростом температуры и процента подшихтовки уртита также возрастает усадка спеков от 13 до 27 %. Резкое увеличение усадки наблюдается при температуре выше 1250 0С и доли уртита более 50 %. Прочность спека растет прямо пропорционально увеличению температуры спекания шихт, рисунок 3.29. С ростом доли уртита в известняково-нефелиновой шихте прочность спека увеличивается во всем диапазоне изученных температур спекания, рисунок 3.30. Полученные результаты позволяют сделать вывод о том, что изменение ферритного и силикатного модуля шихты при введении в е состав уртитовой породы оказывает существенное влияние на показатели процесса спекания, качественные и количественные характеристики спка.
Показатели извлечения полезных компонентов в ходе стандартного выщелачивания спков от переработки известняково-нефелиновых шихт с добавками уртита приведены на рисунке 3.33 и 3.34. Это позволяет установить закономерный рост извлечения оксида алюминия и щелочных компонентов в пересчте на оксиды в диапазоне от 85 % до 91 % в температурном диапазоне 1270 – 1300 оС. Этот диапазон охватывает температурную площадку спекообразования как для стандартной известняково-нефелиновой шихты, так и трхкомпонентных шихт с добавкой уртита до 50% в рудной смеси с нефелином. Несмотря на постоянство извлечения в пределах температурной площадки спкообразования, увеличение подшихтовки уртита до 50% приводит к заметному снижению показателей извлечения ценных компонентов до 85-87 % при температуре 1270оС. Это, по-видимому, является следствием существенного оплавления шихты и соответственно потери качества спка. Спекание шихты с полной заменой нефелинового концентрата на уртит приводит к ее полному оплавлению при 1300оС, что, в первую очередь, сказывается на увеличении прочности спеков, снижении их пористости и в конечном итоге на извлечении компонентов. Характер взаимодействий, протекающих в стехиометрически насыщенных нефелино-известняковых шихтах в присутствии оксида железа, может быть объяснен на основании известных механизмов взаимодействия в системе R2O-Al2O3-Fe2O3 Рисунок 3.33 - Зависимость степени извлечения Al2O3 от температуры для следующего состава рудной части шихты: 1 – нефелин; 2 – уртит; 3–подшихтовка уртита 10 %; 4– подшихтовка уртита 30 %, 5 – подшихтовка уртита 50 % Рисунок 3.34 - Зависимость степени извлечения Na2O от температуры для следующего состава рудной части шихты: 1 – нефелин; 2 – уртит; 3 – подшихтовка уртита 10 %; 4 – подшихтовка уртита 30 %, 5 – подшихтовка уртита 50 %
Известно, что в этой системе при повышенных температурах образуется ряд твердых растворов типа R2OnAl2O3mFe2O3, не разлагающихся при гидрохимической обработке и обуславливающих снижение извлечения оксида алюминия, и частично, щелочи. Таким образом, потери глинозема в основном связаны со снижением температуры плавления спка и неполнотой прохождения реакций образования щелочных алюминатов, т.к. часть алюминия при этом теряется в форме нерастворимых кальциевых и натрокальциевых алюминатов [80]. При этом не только снижается извлечение Al2O3 и Na2O, но и растт доля кремнезма не связанного в двухкальциевый силикат, вызывающего рост вторичных потерь при выщелачивании и осложнения в процесс обескремнивания алюминатных растворов. Дополнительное введения известняка способствует связыванию железа в феррит кальция, который при дальнейшей температурной выдержке и гидрохимической обработке почти не разлагается и позволяет максимально перевести железо в шлам [91]. Из проведенных ране исследований [122,123] известно, что шихты с молярным отношением Fe2O3/Al2O3 больше 0,16 относятся к высокожелезистым и в промышленности требуют дополнительного обогащения для предотвращения оплавления шихты во вращающихся печах спекания и зарастания цепных завес. Одним из известных примов устранения этого недостатка является переход на приготовление и спекание шихты, в которой часть щелочи заменяется оксидом кальция в составе известняка.
Определение показателей спекания известняково-нефелиновой шихты на основе нефелиновых концентратов с добавками щелочных алюмосиликатов Хибинского массива
В хвостах (практически полностью) сосредоточена основная масса эгирина, сфена, биотита, рудных минералов, полевых шпатов, мономинеральные зерна апатита. Все минералы находятся в раскрытой, свободной от сростков форме. Минеральные сростки, составляющие не более 5-7%, представлены исключительно зернами полевых шпатов и нефелин, содержащими идиоморфные включения апатита.
Исследование обогатимости и приготовления лабораторной пробы нефелинового концентрата на основе лежалых хвостов Ранее выполненные исследования и производственный опыт переработки хвостов апатитового производства позволили сформировать четкую концепцию получения нефелинового концентрата [79]. Е сущность заключается в следующем: - выделение на стадии рудоподготовки фракций хвостов апатитового производства флотационной крупности посредством многостадийной классификации с целью минимизации, а по возможности и полного исключения домола; - на основном процессе - обратная флотация нефелина с извлечением в пенный продукт темноцветных минералов; - повышение комплексности переработки за счт внедрения сепарации в сильном и слабом полях с последующим получением титаномагнетитового и эгиринового концентратов. В соответствии с указанной концепцией был выполнен комплекс исследований по переработке лежалых хвостов апатитового производства.
Фракционный и минералого-петрографический анализ свидетельствует о крайне неблагоприятных характеристиках пробы, связанных с развитием экзогенных процессов в минеральной массе хвостов апатитового производства [78]. Следствием этого является увеличение доли мелких фракций и перераспределение компонентного состава, что способствует существенным потерям Р2О5 и А12О3 при обесшламливании, как по классу – 40 мкм, так и –20 мкм. Полученные результаты позволяют конкретизировать требования к рудоподготовительному переделу и корректировке расхода реагентов с учтом возросшей удельной поверхности минеральной массы. Это позволило разработать схему обогащения лежалых хвостов и оптимизировать операционный технологический режим, позволяющий получать нефелиновый концентрат, удовлетворяющий требованиям текущего глинозмного производства, рисунок 4.11 и таблица 4.1.
Показатели циклических опытов по флотационному обогащению лежалых хвостов апатитового производства Материалы Выход, % Содержание А1203, % Извлечение А1203, % Шламы 22,5 19,4 20,12 Пенный продукт 37,5 16,21 27,92 Нефелиновый концентрат 38,5 29,1 51,63 Магнитный продукт 1,5 4,8 0,33 Исходный материал 100 21,7 100 Выполненные исследования позволили определить состав основных технологических переделов для переработки лежалых хвостов апатитового производства и представить полученные результаты в виде качественно-количественной схемы получения нефелинового концентрата, рисунок 4.13.
Гранулометрический состав и пофракционный химический состав камерного продукта приведен в таблице 4.2. В соответствии с данным таблицы 4.2 можно констатировать, что нефелин распределяется по фракциям крупности относительно равномерно, но с некоторым преобладанием в мелких -100 мкм классах. Особо следует выделить то обстоятельство, что по экспериментальным данным очень велики потери глинозема с пенным продуктом по сравнению с действующей схемой по переработке хвостов руды текущей добычи. В этой связи основным направлением дальнейшего совершенствования технологии следует принять разработку режима селективного подавления флотации нефелина.
По результатам лабораторного этапа работы, включающего более двухсот опытов по открытой и замкнутой схемам обогащения, можно утверждать, что из лежалых хвостов АНОФ-1 возможно получение кондиционных нефелиновых концентратов, пригодных для использования как дополнительного сырьевого источника глинозема.
Для приготовления представительной пробы нефелинового концентрата на основе лежалых хвостов апатитового производства (НКХФ) была использована ранее представленная схема, рисунок 4.13. Это позволило наработать пробу нефелинового концентрата массой около 10 кг, и использовать е для приготовления шихт с варьируемым известковым и щелочным модулем, таблица 4.3. Задачей исследования было показать возможность переработки опытного нефелинового концентрата в рамках существующей технологии комплексной переработки нефелинового сырья действующей на Ачинском глиноземном комбинате и ЗАО «БАЗЭЛ-ЦЕМЕНТ ПИКАЛЁВО».
Подготовка проб осуществлялась раздельным измельчением компонентов сухим способом до крупности – 0,09 мм. Затем в заданном количественном соотношении компоненты смешивались в барабанном смесителе. Из полученной шихты методом сухого прессования формировали цилиндрические брикеты диаметром 20 мм и высотой 3540 мм.