Металлургия легких и тугоплавких металлов (стр. 7 )

1.  Патент на изобретение РФ № 000. Способ обогащения сидеритизированных бокситов / , и др. Опубликовано: 30.03.1994. Бюл. № 6.

Изменение структуры гидроксида алюминия в процессе получения псевдобемита

, , логинова И. в.

ГОУ ВПО «Уральский государственный технический университет-УПИ», г. Екатеринбург

Минерал псевдобемит обладает достаточно развитой удельной поверхностью – до 300м2/г и имеет большой объем пор. Такие свойства позволяют использовать псевдобемит в химической, нефтехимической, газоперерабатывающей, строительной и других отраслях промышленности. Псевдобемит является также исходной фазой для получения активного оксида алюминия (АОА). АОА в гранулированном виде используется в качестве осушителей. Также, АОА является одним из важнейшим твердых сорбентов. Его функция – избирательное поглощение из окружающей среды газов, паров или растворенных веществ. АОА в виде мелкокристалического порошка применяют как адсорбент (хромографический анализ всевозможных органических и неорганических веществ) или катализатор.

Исходными продуктами для получения псевдобемита служили гидроалюмокарбонат натрия (давсонит NaAl(OH)2CO2) и гидроалюмокарбонат калия. Гидроалюмокарбонат образуется при карбонизации алюминатного раствора и взаимодействии гидроксидов алюминия с бикарбонатными растворами. При гидролитическом разложении давсонита получается псевдобемит с удельной поверхностью до 300 м2/г.

Также псевдобемит получали путем взаимодействия гидроксида алюминия и (NH4)2CO3 в водном растворе. Затем полученный гидроксид алюминия подвергали автоклавной обработке в водном растворе.

Были получены ИК – спектры гидроксидов алюминия. Спектрограмма гидроксида полученного на основе гидроалюмокарбоната натрия соответствует спектрограмме бемита (рис.1). Спектрограмма гидроксида полученного из гидроалюмокарбоната калия соответствует ИК-спектру гиббсита (рис.2.) ИК – спектры пробы полученной при взаимодействии Al(OH)3 (исх) с (NH4)2CO3 соответствуют также гиббситу (рис.3). При последующей же обработке в автоклавах получили гидроксит с ИК – спектрами соответствующими бемиту (рис.4).

Также были получены микрофотографии гадроксида алюминия, полученного при гидролитическом разложении натриевого давсонита в течение 2, 3 и 5 ч. На данных фотографиях четко видна аморфная структура Al(OH)3 , также можно отметить, что продолжительность обработки давсонита влияет на структуру гидроксида. Так при 2 ч заметны не разложившиеся “иголки” дасонита, при 5ч давсонит разлагается полностью а структура гидроксида более ярко выражена (рис.5).

На основе проведенных экспериментов и обработке результатов можно сделать вывод, что при определенных параметрах процесса возможно получение различных форм гидроксида алюминия, в том числе бемита с развитой удельной поверхностью и псевдобемита.

Рис.1.Спектрограмма псевдобемита Рис.2.Спектрограмма пробы

полученного из ГАКН гидроксида алюминия, полученного из ГАКК

Рис.3. спектрограмма гидроксида алюминия Рис.4. Спектрограмма гидроксида полученного при взаимодействии (NH4)3CO2 полученного при повторной с исх. Al(OH)3 автоклавной обработке

1 2

Рис.5. Микрофотографии гидроксида алюминия:

1 – исходный гидроксид алюминия - Al(OH)3 чда (*150)

2 – Al(OH)3 после разложения ГАКН 5ч (*300)

ОБРАЗОВАНИЕ ДАВСОНИТА ПРИ ВЗАИМОДЕЙСТВИИ ГИДРАРГИЛЛИТА С БИКАРБОНАТОМ НАТРИЯ

,

ГОУ ВПО «Уральский государственный технический университет-УПИ», г. Екатеринбург

Изучено влияние молярного отношения NaHCO3 к Al2O3 в гидраргиллите, температуры и времени контакта гидраргиллита с бикарбонатом натрия на полноту взаимодействия компонентов. Молярное отношение изменяли от 2 до 7, температуру от 150 до 220°C, время взаимодействия от1 до 2 часов. К бикарбонатному раствору, взятому в избытке, добавляли точную навеску высушенного до постоянного веса гидраргиллита и в автоклавах при непрерывном перемешивании выдерживали при 100-200°C в течение 1-2 ч. После охлаждения и вскрытия автоклавов, отфильтровывали твердую фазу, 10-кратно промывали ее горячей дистиллированной водой и сушили до постоянного веса при 110°C. Степень взаимодействия рассчитывали на основе анализов твердой и жидких фаз. Результаты расчетов подтверждены рентгенофазовым анализом. Результаты экспериментов представлены на рис.1. Каждая точка является среднеарифметической из 8 проб.

Рис.1. Зависимость полноты взаимодействия компонентов системы за 1 ч

при температуре, °С: 150 – 4; 175 – 3; 190 – 2; 220 – 1 от мольного отношения

бикарбоната к Al2O3

При температурах 175-220°C полнота взаимодействия закономерно возрастает с увеличением мольного отношения NaHCO3 к Al2O3 в гидраргиллите. Причем температурная зависимость выражена слабо. При 150°C резко уменьшается полнота взаимодействия и она перестаёт зависеть от избытка бикарбоната. Связано это, по-видимому, с изменением кинетического режима реакции от диффузионного при высоких температурах к активационному – при низких.

Увеличение времени взаимодействия до 2 ч приводит к незначительному увеличению полноты взаимодействия (с 87,4 до 89,4% при 175°С; с 87,6 до 89,5% при 190°C, n= 4).

Количественный рентгенофазовый анализ (рис.2), выполненный в Институте твердого тела УрО РАН, подтверждает, что вещество, полученное нами в ходе исследования, является синтетическим давсонитом. Содержание его в твердой фазе составляет 95,6 %. 4,4% бемита образовалось, как мы полагаем, из непрореагировавшей части гидраргиллита.

Рис.2. Кривые рентгенофазового анализа

Гранулометрический состав полученного синтетического давсонита представлен на рис.3. Анализ проводился в лаборатории -САУАЛ» на лазерном анализаторе частиц «MicroSizer 201». Результаты хорошо воспроизводятся. Удельная поверхность полученного давсонита составила 885-892 см2/г.

Рис.3. Распределение частиц давсонита по крупности в образцах 1, 2, 3

Микрофотография давсонита выявляет волокнистую структуру частиц.

Выводы. Изучено влияние избытка бикарбоната, температуры, времени контакта компонентов на полноту их взаимодействия. Образование синтетического давсонита с развитой удельной поверхности и волокнистой структурой подтверждено рентгенофазовым гранулометрическим и микроструктурным анализам.

ИССЛЕДОВАНИЕ ПРОЦЕССА ОЧИСТКИ БАЙЕРОВСКИХ АЛЮМИНАТНЫХ РАСТВОРОВ ОТ ЦИНКА

, ,

,

,

Институт химии твердого тела УрО РАН, г. Екатеринбург

, г. Каменск-Уральский

Филиал «УАЗ – РУСАЛ», г. Каменск-Уральский

Для получения высших сортов алюминия поступающие на декомпозицию алюминатные растворы должны содержать не более 0.010-0.012 г/дм3 ZnO. Однако при переработке по способу Байера бокситов, в составе которых содержатся растворимые в щелочи оксидные соединения цинка, алюминатные растворы обогащаются цинком, избыток которого необходимо удалить. Известно, что очистка от цинка во всех известных способах происходит в присутствии в алюминатных растворах сульфидной серы. Наиболее простой способ очистки – смешение цинк - и сульфидсодержащих бокситов с добавлением в шихту или в пульпу сульфида или гидросульфида натрия, элементарной серы.

Основной недостаток способа – необходимость поддерживать в алюминатном растворе высокую концентрацию сульфидной серы – 0.3-0.4 г/дм3, что в 30-40 раз превышает стехиометрическое отношение S:Zn для образования сульфида цинка (ZnS). Высокий сульфидный фон в растворе негативно сказывается на качество глинозема и на коррозионной стойкости оборудования.

Вторая группа способов – это введение в слив сгустителя «затравки» – специально приготовленного осадка ZnS, в присутствии которого очистка раствора от цинка происходит при сниженном сульфидном фоне 0.07-0.08 г/дм3 в течение до 100 минут. Способы требуют создания специальной схемы для получения «затравки» и повышенных расходов материалов [1].

Третий способ – выдержка вареной разбавленной пульпы в течение 3.5-4 часов в специальной емкости при непрерывной подаче и отводе пульпы и последующим ее направлением на сгущение шлама [2].

Способ позволяет очищать алюминатные растворы от цинка и оксидов железа и кремния. Недостаток способа – задалживание аппаратуры.

Способ был испытан в 2007 году на участке № 2 глиноземного цеха УАЗ’а на одном сгустителе в течение 5 суток. Средняя выдержка пульпы в отстойнике-сгустителе составила 2-2.5 часа при средней производительности насосов 250 м3/ч. После отстаивания пульпа отправлялась на сгущение шлама в отдельный сгуститель. Показатели очистки опытного слива сгустителя сравнивалась с показателями слива-свидетеля. Обслуживание опытов осуществлял опытный цех УАЗ’а. Все круглосуточные опыты проводились силами технологов экспериментального цеха.

В первом, 5ти суточном цикле испытаний, концентрация ZnO в паре сливов «опытный – свидетель» составила 0.0056 и 0.0115 г/дм3, т. е. снизилась на 50%. Концентрация сульфидной серы в сливах соответственно была 0.34 и 0.37 г/дм3.

Закономерно произошла и очистка растворов от SiO2. Кремниевый модуль повысился с 275 до 375 ед.

В двух последующих циклах испытаний была предпринята попытка интенсифицировать и углубить очистку от цинка путем воздействия на пульпу перед выдержкой ударно-кавитационных эффектов. Для этой цели использовали вначале кавитационную камеру с подачей в нее воздуха и пара, а в последующем цикле – насос ЦПН-125 с модернизированным рабочим колесом (конструкция кавитационных устройств и их изготовление изобретателя ). Очистка сливов от ZnO при концентрации сульфидной серы 0.25 и 0.28 г/дм3 составила 24 и 26%. Т. о., положительный эффект не был достигнут. Очистка от SiO2 была такой же, как и в 1ом цикле испытаний. Полагаем, что отсутствие эффекта связано со специфическими свойствами неравновесных алюминатных растворов – периодическими изменениями их структуры – образованием и разрушением полимерных структур, которые определяли по изменениям вязкости и плотности алюминатных растворов (работы , ) [3]. В синтетических алюминатных растворах максимумы указанных структурно-чувствительных свойств наступают примерно через 2 часа после начала опыта. В нашем случае при непрерывной подаче и откачке пульпы изменение структуры наступает позднее. Кроме того, энергичное воздействие на раствор кавитации, возможно, препятствует укрупнению структур, при которой создаются благоприятные условия для удаления цинка.

Отметим также, что во всех опытах с выдержкой пульпы имело место увеличение концентрации Na2O и Al2O3 в сливах на 1.8 и 1.5% соответственно.

Произошло изменение и химического состава шлама. Сумма компонентов опытного шлама после сгущения оказалась на 4.2% выше, чем у шлама-свидетеля. Возможно, имела место дегидратация шлама.

Выполненные лабораторные исследования дают основания для предположения, что вывод цинка в нашем случае обусловлен, помимо образования сульфида цинка, сорбционными процессами.

Для создания оптимальной технологии вывода цинка из алюминатных растворов считаем нужным продолжить исследования.

Литература

1. Патент США № МКИ С01F 7/47, 1981 г. Zinc removal from aluminate solutions // R. Bird, H. R. Vance; патент Франции №2 МКИ С01 F7/47, 1972 г. Fr. №2, 126059 от 6 августа 1972 г. A process for removing zinc from aluminate liquor // R. Margone.

2. Light Metals. 1999. р. 45-48. Research of Zinc-removal in the Bayer Process.

3. . Производство глинозема. М., 1961. с. 131.

ЭКСТРАКЦИЯ РЕДКИХ МЕТАЛЛОВ ИЗ ПРОМПРОДУКТОВ

И ОТХОДОВ ПЕРЕРАБОТКИ БОКСИТОВ

,

Институт химии твердого тела УрО РАН, г. Екатеринбург

При переработке бокситов на глинозем по способу Байера около половины исходного сырья преобразуется в мелкодисперсную шламовую пульпу, обедненную оксидом алюминия, но концентрирующую все остальные макро - и микрокомпоненты. Для извлечения этих компонентов с целью повышения эффективности переработки сырья в настоящее время разработано много вариантов вскрытия, главным образом кислотного, конечной целью которых, независимо от технологических особенностей, является перевод в раствор.

В результате взаимодействия шламовой пульпы с растворами минеральных кислот образуются сложные водно-солевые системы в широком диапазоне концентраций составляющих их компонентов. Разделение таких систем является неординарной научно-технической проблемой, требующей комплексного подхода и привлечения обширного арсенала методик для получения ожидаемого результата в зависимости от поставленной цели.

Авторами в лабораторном и опытно-промышленном масштабе исследовались такие методы, как фракционное отделение макрокомпонентов путем высаливания, экстракционное выделение микрокомпонентов путем применения жидкостной экстракции, ионного обмена, экстракции комбинированными способами.

Основное внимание в представленном сообщении уделено разработанным нами в ИХТТ УрО РАН методам экстракции твердыми экстрагентами (ТВЭКС) и импрегнированными жидкостными мембранами (ИЖМ).

ТВЭКСы – это материалы, сочетающие свойства сорбента и селективного жидкого экстрагента, содержащие в качестве активной компоненты фосфор-, азотсодержащие экстрагенты, краун-эфиры и представляющие собой твердые пористые гранулы, содержащие экстрагент. Индивидуальная гранула ТВЭКС состоит из большого числа микроглобул, образующихся в процессе выделения сополимера в отдельную фазу. Размер микроглобул и пространство между ними зависят от типа и количества экстрагента в ТВЭКС, вида сополимера, а также степени сшивки. В отличие от ионитов ТВЭКС имеют высокоразвитую мезо - и макропористую структуру, обеспечивающую высокую скорость диффузии ионов металла вглубь зерна. Удельная поверхность гранул ТВЭКС очень высока и достигает 400-600 м2/г, в то время как для макропористых сополимеров, используемых в производстве ионообменных смол, она не превышает 200 м2/г. Механизм переноса вещества в данном случае связан с перемещением его в порах макропористого стиролдивинилбензольного каркаса, которые заполнены экстрагентом, находящимся в подвижном жидкокапельном состоянии. Такое состояние экстрагента, а также отсутствие химической связи его с матрицей обуславливает улучшенные кинетические характеристики ТВЭКС по сравнению с ионообменными смолами. При извлечении ионов металлов фосфорсодержащими ТВЭКС было обнаружено увеличение емкости экстрагента, содержащегося в порах матрицы в 1.5-2 раза по сравнению с жидкостной экстракцией. Объяснение этому факту было найдено методами молекулярной механики и квантовой химии, которые показали, что поверхность матрицы ТВЭКС может изменять соотношение между высокополярными и низкополярными конформерами ТБФ, стабилизируя на своей поверхности высокополярные конформеры экстрагента.

Суть метода мембранной экстракции заключается в процессе перераспределения вещества в системе из 3-х жидких фаз, организованной таким образом, что слой одной жидкости (мембрана) разделяет два несмешивающихся с ней и различных по составу раствора. Для целей гидрометаллургии важен случай, когда мембрана – это органическая жидкость, обладающая экстракционными свойствами, а две другие фазы – исходный и принимающий водные (кислые, щелочные) растворы. Механизмов переноса целевого компонента из исходного раствора в принимающий может быть несколько: пассивный транспорт, индуцированный и активный. Особый интерес представляет именно активный транспорт, поскольку только он позволяет до конца извлекать и значительно концентрировать целевой компонент в принимающем растворе. Организовать 3-х фазную систему можно 2 способами: импрегнированными и объемными жидкими мембранами. Импрегнированная жидкая мембрана (ИЖМ) представляет собой раствор переносчика-комплексообразователя в несмешивающемся с водой органическом растворителе с низкой диэлектрической постоянной, иммобилизованной в микропористой пленке толщиной 20-150 мкм. Полимерная пленка, выполняющая роль матрицы или твердой подложки для мембраны, изготавливается, как правило, из полипропилена, полисульфона, фторопласта или другого гидрофобного материала с порами 0.05-0.5 мкм. Эта пленка, пропитанная раствором переносчика, устанавливается между исходным и принимающим водными растворами. Объемная мембрана соответственно помещается между 2-мя пористыми перегородками.

Главной проблемой пертракции является подбор подходящего переносчика для того или иного целевого компонента, поскольку в настоящее время количественные критерии такого поиска отсутствуют и он осуществляется, как правило, эмпирическим путем. Выбирая эффективный переносчик для скандия, мы изучали механизм и кинетику переноса различными классами катион - и анионообменных переносчиков по схеме антипорта и электронно-донорных переносчиков по схеме сонаправленного транспорта ионов. При этом изучалось влияние концентрации переносчика в различных растворителях, влияние концентраций целевого компонента и сопутствующих ионов, наличие высаливателя в водных растворах, влияние среды и градиента рН.

В результате установлено, что перспективными переносчиками скандия, обеспечивающими высокую проницаемость жидких мембран, являются теноилтрифторацетон, первичный амин Primene JMT, трибутилфосфат и триоктилфосфиноксид. При этом максимальный эффект был получен для теноилтрифторацетона и первичного амина, которые позволили в ходе одностадийного процесса сконцентрировать редкий металл, в частности скандий, в принимающем растворе более чем в 1000 раз (с 10-3 до 1 моль/л).

Метод пертракции обладает также такими преимуществами, как возможность организации каскадной технологической схемы, когда используется несколько различных мембран и принимающий раствор одного каскада служит исходным для следующего и далее, вплоть до полного разделения раствора сложного состава по компонентам. Для объемных жидких мембран возможна реализация электроэкстракционного процесса за счет наложения поля. Кроме того, мембранные процессы, при желании и необходимости, можно сочетать и комбинировать с сорбционными.

Применение новых перспективных методов, таких как экстракция ТВЭКС и ИЖМ, открывает новые перспективы в решении задачи повышения эффективности использования бокситового сырья и комплексной утилизации отходов его переработки.

Вклад в изучение системы Na2O-Al2O3-H2O и его значение для современных представлений о алюминатных растворах

,

Московский институт стали и сплавов, г. Москва

– один из виднейших русских ученых, работавших в области исследования физической химии процессов глиноземного производства в первой половине 20-го века. Его исследования, в основном, касались теоретических проблем гидрометаллургии, поэтому их результаты не утратили своей актуальности и, по-прежнему, представляют собой фундаментальный материал, использование которого позволяет с успехом совершенствовать технологию глиноземного производства в современных условиях. отличали грамотные постановка задачи, выбор методологии исследований и этапов их проведения. Первым этапом проводимых им исследований было изучение проблем строения и образования веществ, характерных для процессов глиноземного производства. Это наиболее сложный и, как правило, неоднозначный в выводах этап исследований, но именно он позволял выстраивать различные гипотезы, на основе которых проводились попытки осмысления и объяснения процессов и эффектов, сопутствующих глиноземному производству. На заключительном этапе своих исследований всегда добивался конкретного и доступного для понимания результата, будь то результаты исследования диаграммы состояния Na2O-Al2O3-H2O, или обоснование теории строения алюминатного раствора.

Ряд его работ был посвящен исследованию структуры и кристаллического строения различных глиноземсодержащих минералов, изучению их физических и химических свойств [1]. Технология глиноземного производства по наиболее распространенному способу Байера подразумевает использование щелочи (NaOH) для перевода Al2O3 из бокситов в раствор. Всего же в составе бокситов в виде различных соединений обнаружено 42 химических элемента, некоторые из которых также как и Al2O3 переходят в алюминатный раствор. Этим объясняется многообразие и сложность строения химических соединений, формирующихся из щелочно-алюминатных растворов. Их состав во многом зависит от условий образования. При образовании химического соединения из растворов с ростом концентрации ионов Na+ и Al3+ содержание в нем соответствующих веществ возрастает, а увеличение температуры раствора приводит к снижению количества связанной воды в полученных кристаллах. С увеличением концентрации Al2O3 в растворах происходит увеличение доли Al в составе соответствующего иона. Так, определил, что при невысоких концентрациях Al2O3 в растворах до 100 г/дм3 доминирует мономер Al(OH)-4, а при концентрациях порядка 200 г/дм3 Al2O3 присутствует ион AlO-2. Такие концентрации соответствуют промышленным показателям алюминатных растворов, поэтому исследование ионного состава алюминатных растворов при этих условиях имеет не только научное, но и практическое значение. Исследования такого рода относятся к проблемам теории строения алюминатных растворов, изучению и развитию которой посвятил основную часть своей научной деятельности.

Наиболее яркими и практически значимыми результатами исследований в гидрометаллургии являются диаграммы состояния, графически описывающие взаимодействие исследуемых веществ при определенных условиях. В случае исследования алюминатных растворов такой диаграммой является Na2O-Al2O3-H2O [2]. Исследованию и развитию этой диаграммы состояния также уделял особое внимание. Диаграмма Na2O-Al2O3-H2O до сих пор играет значительную роль в мировой глиноземной отрасли как теоретическая основа технологии промышленного производства Al2O3. Она характеризует основные процессы глиноземного производства (выщелачивание, декомпозиция, выпарка), и позволяет анализировать технологии отдельных переделов и всего производства в целом.

Передел выщелачивания является основным, поскольку он оказывает наибольшее из всех переделов влияние на показатели всего глиноземного производства и, во многом, определяет качество конечного продукта – Al2O3 . Исследование физико-химических механизмов протекания процесса выщелачивания также было приоритетным направлением научно-исследовательской деятельности . Процесс выщелачивания гиббситовых и бемитовых бокситов выражается реакциями:

Al(OH)3+NaOH↔NaAl(OH)4

AlOOH+NaOH+H2O↔ NaAl(OH)4.

Несмотря на простоту реакции, выщелачивание является сложным процессом, важнейшими факторами которого являются температура, концентрации Al2O3 и свободной щелочи, а также каустические модули растворов. Анализ эффективности технологии процесса выщелачивания с учетом обозначенных факторов может быть проведен с помощью диаграммы состояния Na2O-Al2O3-H2O, приведенной на рис.1.

Процесс выщелачивания на рис.1 характеризуется отрезком АБ, где А – точка начала выщелачивания, Б – точка окончания выщелачивания. При температурах выщелачивания свыше 120ºС состав раствора меняется по линии, соединяющей точку А с точкой на оси Al2O3, соответствующей составу бемита (AlOOH), а при более низких температурах – с точкой, соответствующей составу гиббсита (Al(OH)3). Из рис. 1 видно, что при переходе из точки А в точку Б содержание Al2O3 возрастает приблизительно с 10 до 19%. В увеличении содержания Al2O3 в растворе заключается смысл процесса выщелачивания. При этом добиться повышения доли Al2O3, переходящей в раствор, можно множеством способов. Высокая температура процесса необходима для увеличения равновесной растворимости глинозема. Чем она выше, тем больше глинозема может перейти в раствор. На рис. 1. показаны две изотермы растворимости для 30 и 200ºС. Видно, что левая ветвь изотермы для 200ºС проходит намного выше изотермы для 30ºС, и что растворимость Al2O3 увеличивается с ростом температуры. Каустические модули, соответствующие процессу выщелачивания, приведенному на рис. 1, характеризуются лучами, пересекающими начало координат диаграммы и проходящими через точки А, Б,В и Г. Отрезок ВГ характеризует процесс декомпозиции алюминатного раствора, на котором за счет снижения температуры и разбавления алюминатного раствора снижается растворимость Al2O3 в результате чего происходит кристаллизация чистого гидроксида алюминия (Al(OH)3). Полученный полупродукт очищен от большинства примесей, прежде всего от железа и кремния. Поскольку процессы выщелачивания и декомпозиции неразрывно связаны и протекают в противоположных направлениях (растворение и выделение), глиноземное производство является циклическим процессом. При этом, количество Al2O3, переходящее в раствор на выщелачивании и кристаллизующееся на декомпозиции в форме гидроксида равны. Соотношение между долями Al2O3, находящегося в обороте и Al2O3 выводимого на декомпозиции регулируется каустическими модулями. Фактор концентрации определяет положение начального и конечного положения точек А и В, поэтому он оказывает влияние как на растворимость Al2O3, так и на величину каустических модулей глиноземсодержащих растворов.

Изучение диаграммы состояния Na2O-Al2O3-H2O представляет большой интерес и сегодня. С одной стороны это можно объяснить экономической составляющей и высоким уровнем конкуренции среди производителей глинозема, что заставляет искать новые пути снижения издержек его производства за счет коррекции технологии. С другой – возможностью практического использования данной диаграммы для исследования и совершенствования технологии процесса производства глинозема по способу Байера. В настоящее время исследования диаграммы Na2O-Al2O3-H2O проводятся в МИСиС на кафедре МЦРиБМ под руководством проф. . Приоритетной задачей является универсализация данной диаграммы для ее интеграции в технологические и оптимизационные расчеты, направленные на повышение эффективности глиноземного производства.

Несмотря на то, что исследованием диаграммы состояния Na2O-Al2O3-H2O занималось большое количество ученых, его до сих пор нельзя считать законченным. Изотермы растворимости Al2O3 построены только для температур 30, 60, 95, 150, 200 и 250º. Это означает, что использование данной диаграммы в технологических расчетах ограничено, поскольку температура выщелачивания может не совпасть с одним из приведенных значений. В то же время, исследование процесса выщелачивания показало превалирующее влияние температурного фактора на эффективность всего глиноземного производства. Поэтому выбор температуры должен проводиться обоснованно и с высокой точностью (до 1ºС).

Сегодня данная проблема решается с помощью компьютерного моделирования. В настоящее время создана модель диаграммы состояния, позволяющая прогнозировать положение изотерм растворимости при неизученных температурах. Работа модели основана на использовании накопленных к настоящему времени данных, описывающих диаграмму Na2O-Al2O3-H2O,.

На рис.2. показана модель диаграммы. В данном случае диаграмма построена для неисследованной ранее температуры выщелачивания – 181 ºС. При этом, математически определяются параметры растворов на всех этапах их движения по технологической схеме, например, равновесные растворимости глинозема с учетом температур и концентраций. В настоящее время модель диаграммы интегрирована в многочисленные расчеты, в том числе, в расчет материального баланса, что позволяет оперативно исследовать технологию производства глинозема с учетом ее особенностей и специфики используемой сырьевой базы. Создание модели диаграммы – позитивный пример дальнейшего развития знаний о диаграмме состояния Na2O-Al2O3-H2O, однако, пока модель показывает приемлемую сходимость только в области низких (до 100ºС) и высоких (свыше 170ºС) температур. В интервале температур 100-170ºС наблюдается ряд отклонений от общих закономерностей формирования изотерм растворимости Al2O3, что, вероятно связано с фазовым переходом гиббсит ↔ бемит. Таким образом, при температурах до 100ºС существуют устойчивые закономерности, соответствующие гиббситу, при температурах свыше 170ºС закономерности характеризуют растворимость бемита, а в области промежуточных температур определение закономерностей на данный момент представляется затруднительным. Проблема может быть решена путем более глубокого исследования растворимости Al2O3 в диапазоне температур 100-170ºC.

Сейчас пришло время для нового витка классических исследований, посвященных особенностям строения и формирования алюминатных растворов, и для более глубокого изучения диаграммы состояния Na2O-Al2O3-H2O. Одной из приоритетных задач может быть увеличение “прозрачности” диаграммы Na2O-Al2O3-H2O за счет дополнительного исследования растворимости Al2O3 в щелочно-алюминатных растворах, что позволит использовать диаграмму для совершенствования технологии в практике глиноземного производства и станет достойным продолжением традиций, заложенных такими учеными как .

Литература

1. , – Физическая химия процесса производство глинозема по способу Байера. М.: Металлургия, 19с.

2. , , Фомин легких металлов. : [Учеб. для вузов по направлению “Металлургия” специальности “Металлургия цв. металлов”]. М.: Металлургия, 1997, 430 с.

ВЫСОКОТЕМПЕРАТУРНОЕ ВЫЩЕЛАЧИВАНИЕ БОКСИТОВ СРЕДНЕ-ТИМАНСКОГО МЕСТОРОЖДЕНИЯ

, ,

Филиал «УАЗ-СУАЛ», г. Каменск-Уральский

«Коми Алюминий» – проект строительства современного боксито-глиноземного комплекса, который будет включать в себя бокситовый рудник и глиноземный завод в районе г. Сосногорска (Республика Коми). В качестве сырьевой базы для глиноземного завода будут использоваться запасы крупнейшего в России и Евразии Средне-Тиманского месторождения бокситов [1].

С целью получения исходных данных для проектирования системы глухого нагрева пульпы до 268ºС при выщелачивании бокситов на Сосногорском глиноземном заводе (далее СГЗ), на промплощадке Уральского Алюминиевого Завода (далее УАЗ) была создана опытная установка высокотемпературного автоклавного выщелачивания бокситов (далее ОУ ВТВ). В течение 2007г. на данной установке были проведены испытания по выщелачиванию боксита Средне-Тиманского бокситового рудника (далее СТБР) текущей поставки. В создании и проведении испытаний установки участвовали специалисты следующих организаций: УАЗ, «Тиман-Инжиниринг», РУСАЛ ВАМИ, НПП «Машпром», «Уралалюминий», Красногорская ТЭЦ, Уралцветметремонт, РТсофт.

Целями испытаний являлись:

-Определение теплотехнических характеристик четырнадцати кожухотрубчатых подогревателей ОУ ВТВ при нагреве сырой бокситовой пульпы.

-Получение данных по химическому и минералогическому составу отложений, образующихся на греющих поверхностях подогревателей ОУ ВТВ.

-Изучение влияния условий повышенной до 260-270ºС температуры выщелачивания на технологические показатели глиноземного производства, такие как химический выход, каустический модуль и химический состав жидкой фазы выщелоченной пульпы.

-Получение данных по химическому, минералогическому и гранулометрическому составу красных шламов при опытно-промышленной переработке бокситов СТБР.

Опытная установка высокотемпературного выщелачивания (ОУ ВТВ) предназначена для решения задач по переработке бокситов разных месторождений гидрохимическим способом при температурах ведения процесса до 280°С.

Для снижения интенсивности процесса образования инкрустации на греющих поверхностях подогревателей в схеме ОУ ВТВ предусмотрен узел обескремнивания бокситовой пульпы, позволяющий снизить содержание SiO2 в жидкой фазе на ~50÷70% [2]. Кремневый модуль раствора бокситовой пульпы, в среднем за период испытаний, составлял ~77 ед. и ~296 ед. соответственно, до и после проведения процесса обескремнивания.

Пульпа после обескремнивания температурой ~45°С подавалась в батарею из четырнадцати трехходовых подогревателей, где с помощью глухого нагрева паром доводится до заданной температуры (270°С или 280°С). Нагрев в диапазоне температур от 45 до 225°С осуществляется с помощью пара ТЭЦ давлением 3,0 МПа (подогрева, с дальнейшим нагревом до 280°С паром парового котла ПД давлением 9,0 МПа (подогрева, после чего бокситовая пульпа по технологической схеме поступала в автоклав выдержки. Продолжительность выдержки в среднем составляла ~25 мин.

Выщелоченная пульпа проходила одну стадию сепарации и направлялась на сгущение красного шлама. Опытно-промышленные испытания ОУ ВТВ проводились на бокситовой пульпе, приготовленной с использованием бокситов Тиманского месторождения, химический анализ боксита приведен в табл.1.

Таблица 1

Химический анализ боксита СТБР, перерабатываемого на ОУ ВТВ

Наименование боксита, номер партии	Содержание, %	Крем. модуль	Теоретич. извлечение Al2O3, %
SiO2	Fe2O3	TiO2	Al2O3	CaO	MgO	MnO
СТБР 1	7,71	27,1	3,0	49,2	0,22	0,36	0,31	6,38	84,33
СТБР 2	7,10	28,1	2,9	48,8	0,29	0,46	0,32	6,87	85,45
СТБР 3	8,20	27,4	2,8	49,0	0,21	0,50	0,39	5,98	83,27
СТБР 4	8,50	27,9	2,9	47,9	0,44	0,50	0,46	5,64	82,25
СТБР 5	8,68	27,6	2,9	48,2	0,28	0,48	0,38	5,55	81,99
Среднее	8,04	27,6	2,9	48,6	0,29	0,46	0,37	6,08	83,46

Среднее значение кремневого модуля перерабатываемых бокситов составило ~6,08ед., в связи с чем, данные бокситы характеризуются как сырье низкого качества для гидрохимической ветви глиноземного производства. Дозировка боксита производилась из расчета получения в выщелоченной пульпе каустического модуля ~1,40ед.; содержание Na2Oк в бокситовой пульпе составляло ~140±10г/л.