Введение к работе
Актуальность темы. Особенностью производства глинозема в России является использование в качестве сырья как высококачественных, так и низкокачественных бокситов. В условиях Урала себестоимость бокситового сырья достаточно велика, что обусловлено шахтным способом добычи. В связи с этим для достижения конкурентоспособности производства по отношению к получению глинозема из более дешевого сырья, добываемого открытым способом, необходимо добиваться снижения издержек на стадии переработки боксита на глинозем. Последнее может быть достигнуто следующими путями: снижением общих энергозатрат, упрощением технологической схемы производства, снижением 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 изучение вопросов снижения вторичных
потерь глинозема и щелочи с красным шламом на основе изучения
процессов, происходящих при выщелачивании спеков двух- и трех-
компонентных шихт в концентрированных щелочно-алюминятных
растворах, изучение возможности выделения из красных шламов
глиноземного производства различных полезных концентратов,
упрощение существующей технологической схемы на основе совместного выщелачивания бокситов и спеков.
В соответствии с поставленной целью были определены задачи:
исследовать поведение кремнезсмсодержащих составляющих спска при выщелачивании его концентрированными щелочно-алюминатными растворами при различных температурах, продолжительности, отношениях Ж:Т и других факторов; <-^. ./>„
изучить физико-химические свойства полученных растворов, а также растворов, которые были получены на основе совместного выщелачивания бокситов и спекоз;
разработать новую технологию совместного выщелачивания боксита и спека в лабораторном и промышленном масштабах и сделать ее технико-экономическую оценку;
- изучить вещественный и химический состав получаемых шламов.
Научная новизна работы заключается в следующем.
На основании анализа полученных экспериментальных данных показано, что основными причинами сравнительно низкого извлечения алюминия и щелочи из спеков являются вторичные реакции взаимодействия компонентов спека с раствором. Исходя из этого найдены условия устойчивости кремнезема в алюминатном растворе, полученном при выщелачивании спека.
Впервые предложен способ совместного выщелачивания спеков как двухкомпонентных, так и трехкомпонентных шихт с бокситом байеровской ветви, что позволяет снизить потери глинозема и щелочи с отвальным шламом. Выполнен термодинамический анализ возможности образования железистых гидрогранатов, и найдены условия их образования при совместном выщелачивании бокситов и спеков. Получены новые данные о возможности комплексного использования красных шламов с извлечением редкоземельных элементов в отдельные продукты, пригодные для дальнейшей переработки. Впервые разработаны математические модели процесса выщелачивания спеков и изучено действие ряда факторов на этот процесс. Установлено появление нового соединения типа железистого гидрограната при выщелачивании спеков концентрированными щелочно-алюминатными растворами при повышенной температуре.
Практическая ценность выполненной работы заключается в следующем: на основании экспериментальных данных, теоретических разработок предложена схема комплексной переработки алюминийсодержащего сырья, даже частичная реализация которой позволит получить значительный экономический эффект и упростить существующую технологию.
Методика исследований. Решение поставленных задач достигается путем:
-всестороннего анализа литературы, научных и технических достижений в мировой практике в области производства глинозема и вариантов переработки красных шламов;
-проведения многочисленных экспериментов на действующих лабораторных установках по автоклавному выщелачиванию бокситов и спеков на синтетических и промышленных растворах;
-применения различных методов обогащения, а также изучения вещественного, гранулометрического и химического составов красных шламов.
В исследованиях использованы различные физико-химические методы анализа (весовой, объемный, рентгенофазовый, термический, ИК-спектроскопический, нейтронно-активационный).
Обработку полученных результатов проводили на ПЭВМ с
использованием методов математического моделирования.
Экспериментальные данные обрабатывали по компьютерным программам математической статистики.
На защиту выносятся:
определение условий метастабильного равновесия кремнезема в алюминатном растворе, полученном после выщелачивания спеков 2-компонентной шихты;
данные о влиянии на извлечение глинозема из спеков 2- и 3-компонентных шихт высоких концентраций щелочно-алюминатных растворов и температур;
технология совместной переработки бокситов и спеков в ветви Байера и результаты ее опробования на промышленных растворах и бокситах;
расчет термодинамического анализа возможности образования железистых гидрогранатов при выщелачивании спеков концентрированными щелочно-алюминатными растворами;
- новые данные о возможности комплексного использования красных
шламов с извлечением редкоземельных элементов в отдельные продукты,
пригодные для их дальнейшей переработки.
Апробация работы. Основные результаты диссертационной работы доложены на областных конференциях: «Интенсификация металлургического производства» (г.Екатеринбург, 1984г.), «Повышение эффективности производства качества продукции при получении глинозема» (г.Екатеринбург, 1985г.), на Республиканской конференции "Щелочная металлургия щелочных металлов" (Алма-Ата, 1981г.), на II Всесоюзной конференции по комплексному использованию руд "Технологические основы комплексной переработки металлургического сырья" (г.Москва, 1983г.) и др.
Публикации. По материалам исследований опубликовано 10 статей в центральной печати, 12 тезисов докладов, получено 5 авторских свидетельств на изобретения.
Состав и объем работы. Диссертационная работа состоит из введения, четырех глав, заключения, библиографического списка, включающего 152 наименования работ отечественных и зарубежных авторов. Работа изложена на 144 страницах машинописного текста, содержит 37 рисунков, 31 таблицу и 5 приложений.