Введение к работе
Актуальность проблемы. На Павлодарском алюминиевом заводе (ПАЗе) была освоена схема последовательного варианта Байер-спекание, позволившая достичь высокого извлечения глинозема при переработке низкокачественных гиббситовых бокситов Тургай-ского месторождения. Но, в настоящее время остро стоит вопрос об освоении руд других месторождений Казахстана и, в частности, Краснооктябрьского месторождения, входящего в состав Крас-нооктябрьского бокситового рудоуправления (КБРУ). В начале 2000 годов намечается полный перевод ПАЗа на бокситы КБРУ. Однако, переработка на глинозем бокситов данного месторождения малоэффективна без совершенствования технологической схемы завода. Это связано с тем, что бокситы КБРУ содержат значительное количество диоксида углерода, органических веществ, что приведет при их прямой переработке на глинозем к повышенному расходу каустической щелочи, накоплению вредных и балластных примесей в производственных растворах и, в конечном итоге, к снижению качества товарного глинозема. В связи с этим возникла необходимость разработки технологических решений, обеспечивающих повышение эффективности производства глинозема из бокситов данного месторождения.
Цель работы. Изучение взаимодействия карбонатсодержащих минералов бокситов со щелочно-алюминатными растворами глиноземного производства и выдача практических рекомендаций для их вывода на стадии мокрого размола пульпы, а также изыскание условий обжига, обеспечивающих удовлетворительное разложение карбонатов и окисление органических примесей при более мягких, не энергоемких условиях, получение обожженного краснооктябрьского боксита, выщелачивающегося при низких температурах с
целью расширения сырьевой базы глиноземного производства.
Методика исследований. Исследования выполнялись с привлечением современных методов анализа: рентгенофазового, рентге-но-спектрального, кристаллооптического, термического, химического, калориметрического. Для исследования механизма взаимодействия карбонатов со щелочно-алюминитными растворами и низкотемпературного обжига бокситов в различных атмосферах разработаны специальные установки. Расчеты полученных закономерностей проводились с помощью графических и аналитических методов.
Научная .новизна. Экспериментально установлены поля устойчивости карбонатсодержащих минералов бокситов в щелочно-алюми-натных растворах глиноземного производства и даны практические рекомендации по их выводу на стадии мокрого размола боксита.
Изучена кинетика перехода диоксида углерода из безводных карбонатов группы кальцита в щелочно-алюминатный раствор^ и установлен фазовый состав продуктов реакции в зависимости от условий обработки.
Исследовано поведение изоморфных рядов "кальцит-доломит-магнезит" и "родохрозит-сидерит-кальцит" при взаимодействии со щелочно-алюминатными растворами различного состава в диапазоне температур 22-85С.
Показано влияние морфологии и генезиса карбонатов на их реакционную активность: наиболее активны карбонаты, обладающие скрытокристаллической структурой, активность средне- и крупнокристаллических образцов значительно ниже и установлен ряд активностей карбонатов к щелочно-алюминатному раствору: наименее реакционноспособные- кальциты, затем анкериты, доломиты, магнезити, родохрозиты; наиболее реакционноспособные - сидериты.
Установлено, что при выделении карбонатов из производственных пульп, приготовляемых путем мокрого размола боксита на оборотном растворе, для каждой минеральной разновидности могут быть рекомендованы свои условия, отличающиеся температурой, крупностью и временем контакта с раствором.
Определены скорости тепловыделения при взаимодействии карбонатов со щелочно-алюминатными растворами НГЗ и ПАЗа и энергии тепловыделения реакций. Методом ДТА установлены величины температурных пиков на кривых термической диссоциации 17 природных минералов группы кальцита и рассчитаны их энергии активации. Определены механизмы фазовых превращений основных минералов высококарбонатных бокситов: гиббсита, каолинита, гематита, сидерита при низкотемпературном обжиге в различных атмосферах. Определены оптимальные параметры обжига и исследована возможность кондиционирования высококарбонатных бокситов Краснооктябрьского месторождения при низкотемпературном обжиге.
Практическая ценность. Работа выполнялась в рамках Целевой программы научно-исследовательских, промышленных и проектных работ, связанных с полным переводом ПАЗа на переработку бокситов Краснооктябрьского рудоуправления на период 1986-1990 гг и Межотраслевой комплексной программы научно-технического прогресса и ускорения развития алюминиевой промышленности на период до 2000 г.
Результаты исследований процессов взаимодействия всех видов карбонатного сырья, встречающегося в бокситах со щелочно- алюминатными растворами глиноземного производства позволили предложить оптимальные условия для их вывода из технологического цикла на стадии мокрого размола пульпы.
На основании теоретических и экспериментальных исследований разработана новая технология переработки высококарбонатных бокситов Краснооктябрьского месторождения, включающая низкотемпературный обжиг.
Результаты работы были использованы при разработке ТЭО перевода ПАЗа на 100 %-ую переработку бокситов КБРУ, намечаемых к использованию в начале 2000-х годов.
На защиту выносятся следующие положения:
-
закономерности взаимодействия карбонатсодержащих минералов бокситов со щелочно-алюминатными растворами глиноземного производства;
-
механизм перехода диоксида углерода из безводных карбонатов группы кальцита в щелочную систему;
-
энергосберегающая технология низкотемпературного обжига краснооктябрьского боксита;
-
опытно-промышленные испытания технологии низкотемпературного обжига высококарбонатных бокситов Краснооктябрьского месторождения.
Апробация работы. Основные положения и результаты диссертационной работы докладывались и обсуждались на региональ-нах и международных конференциях.
-
Заседание технологической и отраслевой секции по производству глинозема и химической продукции НТС института ВАМИ.
-
Международная научно-техническая конференция молодых ученых и специалистов "Производство глинозема, алюминия и лег-гких сплавов" 16-18 октября 1990 г.
-
Международная конференция " Научно-технический прогресс в металлургии легких металлов" 17-19 сентября 1991г.
Публикации. Основные научные результаты, включенные в диссертационную работу, опубликованы в 8 научных статьях.
Объем работы. Диссертация состоит из введения, 4 глав, заключения, списка литературы из 146 источников, содержит 38 таблиц , иллюстрирована 19 рисунками и изложена на 183 страницах машинописного текста.
Работа выполнена в АО ВАМИ, сотрудникам которого автор благодарен за внимание и помощь.
