Введение к работе
Актуальность темы. В результате научно-технического прогресса растет спрос на цветные металлы, повышаются требования к их качеству. Наибольший объем производства приходится на алюминий, сырьевая база которого - высококачественные бокситы, значительно истощилась. Острое полоаение с сырьем складывается а Казахстане, поскольку бокситы Тургайского местороздения, являющиеся основной сырьевой базой Павлодарского алюминиевого завода, будут полностью выработаны, вероятно, в ближащие 10-15 лет. В связи с этик, встает вопрос о вовлечении в сферу производства бокситов других месторождений, качество руды которых существенно нике. Наиболее крупным из таких месторождений в Северной Казахстане является Краснооктябрьское. Бокситы этого месторождения характеризуются повышенным содерканием кремнезема, железа в форме сидерита и других примесей. Для такого алюминийсодераащего сырья более рациональными, перед традиционными щелочными способами, становятся кислотные методы переработки, а частности, сернокислотный способ, который позволяет, наряду с глиноземом, получать сульфаты алюминия и аелеза - широко используемые коагулянты для очистки воды. Кроме чистых солей, возможно производство смешанных неочищенных коагулянтов, что более целесообразно при наличии нелезистых бокситов с высоким содержанием кремнезема, т.к. отпадает необходимость в отделении нерастворимого остатка, разделения солей алюминия и железа, концентрирования продукционных растворов.
Производство коагулянтов является одной из приоритетных задач, что связано с ростом водолотребления. Только на нужды электроэнергетики стран GILT к 2000 году потребуется порядка 60,5 км воды, tie менее острая ситуация сложилась с очисткой сточных вод, объем кото-
9 ^
рых в СІІГ составляет 2*10 м , в три раза превышая объем твердых от-
ходов. При этом природоохранные мероприятия не отвечают возросшим в последнее вре:.їя требованиям. Одной из причин столь удручающего положения является дефицит в дешевых и доступных коагулянтах. Ъ Казахстане, например, потребность в сернокислом алюминии удовлетворяется лишь на 50-60/І- и а дальнейшем дефицит будет расти.
Диссертационная работа выполнялась в соответствии с Республиканской целевой научно-технической программой Национального центра по комплексной переработки минерального сырья "Комплексное использование минерального сырья на основе ресурсосберегающих высокоэффективных технологий в горно-металлургической комплексе" на 1993-1997 гг., поисковыми научно-техническими программами и проектами Министерства науки и новых технологий Республики Казахстан, планами научно-исследовательских работ Казахского Национального технического университета (їй Гос.регистрации пЪР: I094-PK0IQ60, GI94PK 0058).
Целью настоящей работы явилась разработка физико-химических основ комплексной переработки бокситов Краснооктябрьского месторождения Северного Казахстана сернокислотным способом на глинозем, алюможелезисгый коагулянт, сульфат алюминия, скандиевый концентрат и другие продукты, а также изучение возможности применения смешанного алюмо-йелезистого коагулянта для очистки сточных и хозяйственно-питьевых вод.
Для достижения поставленной цели решались следующие задачи:
проведение термодинамического и кинетического анализов взаимодействия боксита с серной кислотой;
исследование физико-химических свойств сульфатных растворов;
анализ состояния алюминия з водных растворах;
изучение возможности получения смешанного неочищенного алюмо-аелезистого коагулянта и его применения для очистки сточных и питьевых вод.
Еіаучной новизной обладают следующие результаты:
выявлено влияние температуры и концентрации серной кислоты на изобарно-изотермдческий потенциал реакции разложения минералов, входящих в состав боксите и проведена оптимизация процесса его разложения;
определены вязкость и плотность растворов в системе Ь^Щ^'^Щ)^ FeSO^-H^SD^-И^О в неизученных ранее областях при 25 и 85С,*
впервые предложено уравнение для расчета стандартных энергий Гиббса образования мономерных и полимерных гидроксокошлексов алюминия катионного типа в водных растворах и найдены значения дЦ. для некоторых из них;
впервье исследована скорость хлопьеобразоаашш а зависимости от солевого состава очищаемой воды при использовании смеаанного неочищенного алюмо-железистого коагулянта.
Достоверность полученных результатов. Основой настоящих исследований послушал комплекс современных методов физико-химического анализа. Для изучения фазового состава и свойсів исходного сырья и продуктов применяли кристаллооптический, рентгеноструктурный, термогравиметрический, Ж-сдекгроскопический методы анализа, а также количественные спектральные методы. Химический состав фаз установлен с использование стандартных методик химического анализа.
Значительная часть исследований выполнена с использование методов математического моделирования и планирования эксперимента. Расчеты проведены на '6BU по специальным программам.
Привлечение всех вышеперечисленных методов позволило подтвердить достоверность полученных результатов.
Практическая ценность результатов исследований:
данные теоретических исследований могут быть использованы в качестве справочных материалов;
предложена сернокислотная технология переработки бокситов Север-
ного Казахстана с получением неочищенного алюмо-железам ого коагулянта, глинозема, сульфатов алюминия и железа (G), скандиевого концентрата и сиштофа;
технология получения смешанного неочищенного алюмо-железистого коагулянта АКК прошла опытно-заводскую проверку и в настоящее время внедрена на ГМЗ ПО ЩХК а г.Стеяногорске. На коагулянт ASK разработаны и зарегестрированы а Госстандарте Республики Казахстан технические условия. Названный реагент разрешен Минздравом РК для очистки хозяйственно-питьевых и сточных вод;
проведены полупромышленные и промышленные испытания вышеназванного коагулянта в реальных условиях очистных сооружений при подготовке воды хозяйственно-питьевого назначения. Данный коагулянт внедрен в практику очистки воды на Установке по подготовке питье вой зоды (ЛШВ) Южно-Казахстанской ГРЭС вместо сернокислого алюминия.
На защиту выносятся следующие положения:
сернокислотный способ разложения боксита и его обоснование;
результаты по изучению физико-химических свойств сульфатных растворов алюминия и железа (П,Ш);
результаты теоретических исследований по состоянию алюминия в водных растворах;
результаты исследований по получению и применению смешанного неочищенного алюмо-железистого коагулянта АКК.
Апробация работы. Основные положения диссертационной работы доложены и обсуздены на Республиканской научно-технической конференции "Очистка и использование сточных вод населенных мест а дрошредприятий" (г.Алматы,1993), Международной школе-семинаре по проблемам водных экосистем (г.Алдаты, 1994).
Публикации. По теме диссертационной работы опубликовано т печатных работ.
Структура и объем диссертационной работы. Диссертация состоит из введения, пяти глав, основных выводов, списка использованных источников и приложений. Работа изложена на \Tj страницах машинописного текста, в том числе /І г страниц приложений, включает Зб рисунка и ,2/. таблиц, библиография включает }Ис наименований.