Введение к работе
Актуальность работы. Оснобгои сырьевой базой Павлодарско-' го алюминиевого завода (ПАЗ) - первенца алюминиевой промышленности Казахстана являются бокситы Тургайского месторождения, запаси которых бистро истощаются и будут полностью отработаны в блинайшпе года. В связи с этим ПАЗ осваивает низкокачественные бокситы Краснооктябрьскогэ мэсторождения Северного Казахе-' тана, которые отличаются повышенным содержанием оксида кремния, двуоксида углерода и др., что 'приводит к уменьшению степени извлечения оксида алюминия в'раствор, повышению расхода каустической целочи за счет еэ декадстификапдк, ухудшению процесса выпарки и спекания шламовой шихты, снижению качества товарного глинозема.
Для такого вида сырья особенно для разностей бокситов с относительно низким содержанием аелеза принципиально болоо целесообразным становится применение сернокислотного способа, который позволяет уже в самом начало технологического процесса провести селективное выделение оксида кремния и тем самым резко сократить материальные потоки; эффективно перерабатывать бокситы, содержащие в значительном количестве сидерит; отказаться от использования дорогой щелочи; повысить извлечение ценных составляющих из сырья. Кроме того, промежуточными продуктами такого способа являются сульфаты алюминия и гелеза, используемые в качестве коагулянтов для очистки вода. К настоящему времени потребность в коагулянтах для очистки питьевых и сточных вод в нашей стране удовлетворяется лишь на 50-60$, а в Казахстане вообще нет собственного производства коагулянта.
Поэтому наїли разработана сернокислотная технология комплексной переработки бокситов Северного Казахстана, которая позволяет расширить сырьевую базу алюминиевой промышленности для снабжения глиноземом электролизные заводы Сибири и Средней Азии; организовать производство смешанного алимояелезосодержащего коагулянта и тем самым существенно сократить использование для этой цели дефицитного гвдроксида алюминия; комплексно извлекать данные для народного хозяйства продукты - оксид скандия, метал-
_ 4 -
: лический таллий и стройматериалы; создать практически безотходное экологически зистое производство. . .
Диссертационная работа выполнялась в соответствии с Постановлением' Госплана СССР Ж 58 от 28.04.87 г., Распоряжением ; Президиума АН СССР й I0II03 от 5.06.87 г. по проблема "Физике-' химические основы кошлексного использования сырья" и программе ГКНГ по приоритетному направлении В 22 "Создание высокоэффективных методов комплексной переработки минерального сырья, металлических руд, вторичного сырья и отходов", I9SI г.
Цель и задачи работы. Целью работы явилась разработка физико-химических основ и технологии комплексной переработки бокситов Северного Казахстана сернокислотным способом. Для достижения поставленной цели решали следующие задачи:
, - проведение термодинамического анализа взаимодействия основ-; . ных минералов, входящих в состав боксита, с серной кислотой в различных газовых средах;
- определенно физико-химических езойств растворов в системах
* . Ув JVy - A'eSOy ~"tO.
г- изучение кинетики и механизма разложения природного сидспи-' . та и боксита растворами серной кислоты, определение оптималь-
." ных условии разложения ооксита серной кислотой; і - пэреработка сернокислых растворов на глинозем, оценка возможности получения алшокелезпетого и яелєзистого коагулянтов, а также использование сиштофа для получения стройматериалов;
исследование везмоаности и&влечения скандия и галлия из сульфатній растворов сорбцаонным способом; . ;
проведение укрупненной проверки в опытно-заводских условиях и тэхнико-экономическая оценка технологической схемы комплексной переработки бокситов Северного Казахстана.
* Научная новизна, впервые разработаны физиіш-хишческие ос-
ногы кежплокснок переработки низкокачественных бокситов Север
ного tUioaxcvTiia, обличающихся повышенным содержанием сидэрита,
сопи о кислотным способом.
"Оыполнин термздтчнашчоский анализ систем.*&Л -AiSc-l- н, и jft't'OHrl-ZeCOj-t/tSo., -t{,o в атмосфере аргона, углекислого .
таза и кислорода при 25 С, что позволило определить соотношение различных форм алюминия и келеза в растворе в зависимости от концентрации кислота и состага газовой фазы, а также установить концентрационные интервалы образования твердях фаз.
Получена новае научные результаты по исследованию системы &Ге№ч!г ***№«& -tSOr-KO при 25 и 90С г неизученных ранее областях. Впервые определены физико-химические свойства сульфатных растворов в системе ^/Л?^ - 9ej/sov^~ fesov_ -MSOv -КО при 25 и 90C.
Исследована кинетика разложения природного сидерита и североказахстанского боксита серной кислотой и выявлен механизм их взаимодействия. -
Методами математического моделирования и планирования эксперимента проведена оптимизация процесса разложения бокситов серной кислотой.
Достоверность полученных результатов. Основой всего направления исследования послуяили современные методы физико-химического анализа. При изучении химизма реакций, идентификации фазового состава исходных материалов и продуктов использованы рептгенофазовый, кристаллооптический, термогравиметрический методы, ИК-спектроскспия. Химический состав фаз установлен с использованием стандартных методик химического анализа.
Термодинамические расчеты проведены на ЭВМ по специальным программам о привлечением современного банка данных термодинамических величин. Чаоть исследований выполнена с использованием методов математического моделирования и планирования эксперимента.'
Основные переделы сернокислотной технологии комплексной переработки бокситов прошли опытно-заводскую и опытно-промышлен-ную проверку, что подтвердило результаты лабораторных испытаний.
Практическая значимость. Разработан сернокислотный способ комплексной переработки бокситов Северного Казахстана с получением глинозема, алдаояелезосодерзащего и железистого коагулянтов, скандиевого концентрата,'металлического галлия и сиштофа, основные переделы которого прошли опытно-заводскую проверку с отработкой аппаратуряо-технолопгческого оформления. Проведены
технико-экономичаские расчеты, которые показали высокую зффек- ;
тивность предаагаемс л> способа.
Выданы исходные дашше для производства алюмоЕвлезосодар-^ .
аащего коагулянта. Чарджоуским арендным шличзским предприяги- ,
еы и 'Павлодарским алюминиевым заводом приняты решения о реали- .
зации данной технологии в промышленность.
На защиту выносятся следующие подогоняя:
- научное обоснование и разработка сорнокислотного разложения
, боксита;
і'- результаты по изучению физдко-хишчешіих свойств сульфатных растворов алюминия и колеза;
- получение глинозема, коагулянтов, редких металлов из раство-
ров от сернокислотного разложения. .
Апробация работн. Основные полоаения диссертационной работы дйлонэны и обсуддены на Всесоюзной конференции "Коагулян— ; ты и флокулянти в очистке природных и сточных вод" С г. Одесса, 1988 г.), Всесоюзном совещании "Кислотные методы комплексной переработки алшосиликахіїого сырья" (г. -Апатиты, 1990 г.), Международной конференции "Научно-технический прогресс в металлургии легких металлов" (г. Ленинград, 1991 г.).
Публикации. По гаке диссертационной работы опубликовано 5
печатных работ, получено положительное решение на выдачу авторс-
' кого свидетельства, ,
Структура и объем диссертационной работы. Диссертация состоит .із введения, шести глав, общих выводов, списка литера-' туры и приложения. Она изложена на страницах машинописного текста, содэрзшт 34 рисунка, 30 таблиц, библиография'включает 126 наименований.