Диплом выщелачивание боксита

      Режим работы в цехе непрерывный. Установлен 8-часовой рабочий график. График выходов трехсменный. Число рабочих  бригад, обслуживающих в течение  суток данное производство, три смены. Одна бригада находится на отдыхе. Цикл графика через 12 дней.

3.3. Анализ научно-исследовательских   
работ

 

      До  недавнего времени при переработке  низкокачественных бокситов Казахстана на глинозем основные проблемы были обус-ловлены  высоким содержанием в них  оксидов кремния и железа. Для снижения содержания этих компонентов предложены различ-ные варианты обогащения бокситов, сведения о которых обобщены в работах [4].

      В этих работах исследователями решались две основные задачи: удаление кремнийсодержащих  и тяжелых магнитных мине-ралов.

      Эффективность тех или иных способов обогащения во многом зависит от структурных  и минералогических особенностей бокси-тов. В отдельных случаях наиболее эффективными оказались хими-ческие, радиометрические, электростатические методы обогащения некондиционных бокситов. Однако, как правило, использование гравитационных, флотационных, магнитных и других методов обо-гащения позволяет решить вполне определенную задачу примени-тельно к одному, редко к нескольким видам сырья.

      В связи с тем, что не представляется возможным анализ всех известных методов обогащения, остановимся на некоторых интересующих нас исследованиях.

      Проведены исследования по обогащению бокситов Красно-октябрьского месторождения  трех литологических разновидностей: каменистой, рыхлой и глинистой. Изучение обогатимости прово-дилось в двух направлениях:

• получение бокситовых концентратов, пригодных для пере-работки по способу Байера;
• промывка исходного боксита с получением шламов с влаж-ностью не более 60 : (после фильтрации), пригодных к последующей переработке по способу спекания.

      Технологическая схема обогащения предусматривала  дробле-ние до 25-50 мм и отделения  рыхлой фракции - 5,0 мм. Плотную часть  боксита подвергали стадийному дроблению  и грохочению с получением материала  крупностью 5,0 мм. Оба продукта классифи-цировали: плотный по зерну 0,4 мм и рыхлый 0,2 мм.

      После этого крупные фракции совместно измельчали до 0,2 мм и подвергали магнитной сепарации, а шламовые продукты флотиро-вали. Таким образом, объединенный бокситовый концентрат содер-жал, %: Al₂O₃ 49,42; Fe₂O₃ 16,21; SiO₂ 5,42; СО₂ 0,45; M_si 9,1 [5].

      Авторами  работы [6] предложены методы обогащения Аятс-кого месторождения с применением фотометрической и радиомет-рической сепарацией. Использование этих методов позволяет выде-лить из фракции +10 мм 50-60 % обогащенного боксита с кремне-вым модулем больше 10 единиц.

      Термические способы кондиционирования бокситов, по срав-нению с рассмотренными, отличаются большей универсальностью. Обжиг, благодаря удалению технически вредных примесей и влаги, позволяет снизить транспортные расходы, а также уменьшить эксплуатационные расходы и улучшить технико-экономические показатели последующих переделов.

      В работе [7] с целью удаления карбонатов обжиг предлага-ется осуществлять в печах кипящего слоя. Температура разложения пририоных карбонатов зависит от минерального состава (сидерит, кальцит, доломит) и от дисперсности. В результате обжига степень разложения карбонатов составила 55 %, а извлечение глинозема из обожженного боксита находилось на уровне 70-72 %.

      В условиях Павлодарского алюминиевого завода при перера-ботке высокожелезистых бокситов возникла проблема в процессе спекания красных шламов, обогащенных  оксидами железа.

      Как известно, в процессе Байера минералы железа являются балластным компонентом, увеличивающим выход красного шлама. Высокое содержание соединений железа в красном шламе приводит к осложнениям процесса спекания шламовой шихты. Поэтому проблеме вывода соединений железа из бокситов посвящены работы многих исследователей, предлагающих сочетание терми-ческих, химических и магнитных процессов.

      В работе [8] с целью очистки алюминиевых руд от соединений железа предлагается восстановительно-сульфидизирующий обжиг с последующим хлорированием и возгонкой хлорного железа.

      Предлагается  удалять оксиды железа из предварительного обогащенного боксита обработкой соляной кислотой. При этом удаляется до 91 % железа.

      Таким образом, традиционные и специальные  способы обо-гащения позволяют  получить из низкокачественного сырья  кон-центрат с высоким содержанием полезного компонента. Но в боль-шинстве случаев исследования не вышли за рамки опытных работ, а предлагаемые схемы сложны в аппаратурном и технологическом оформлении.

      Отсутствие  достаточно эффективного способа переработки  высококарбонатных бокситов показывает необходимость дальней-ших исследований по разработке способа получения глинозема из такого вида сырья. Решение данного вопроса позволит расширить сырьевую базу глиноземного производства [2].

 

3.4. Анализ  работы действующего   
предприятия

 

      Выбор способа переработки бокситов определяется следую-щими основными факторами:

1. кремневым модулем;
2. содержанием глинозема;
3. содержанием вредных примесей, карбидов, сульфидов, органических веществ;
4. минералогическим составом сырья.

      Из-за повышенного содержания этих примесей в бокситах казахстанских месторождений, которые за рубежом классифици-руются не как бокситы, а как бокситоподобные глины, применение способа Байера для их переработки было бы невыгодным из-за больших потерь каустической щелочи, плохого отстаивания крас-ного шлама и загрязнения алюминатного раствора двух валентным железом. Способ прямого спекания также был нерентабелен вследствие больших капитальных вложений, высоких затрат труда и низких технико-экономических показателей.

      В связи с этим возникла необходимость разработки способа рационального использования бокситов казахстанских месторож-дений [9].

      Для переработки этого сырья предлагались комбинированный способ Байера –  гидрохимия – и последовательный способ Байера – спекание.

 

      

              

               Боксит                Известняк  Красный шлам    Свежая сода

           Дробление            Дозировка

          Измельчение                   Спекание

          Выщелачивание       Выщелачивание

   Отделение  и промывка   Красный    Отделение и промывка

      красного шлама            шлам          красного шлама 

    Алюминатный             Алюминатный          Красный 
         раствор                раствор                      шлам

              Обескремнивание

            

   в отвал

     Смешение            Отделение и промывка  
                                                                    белого шлама

                          

                       затравка

Декомпозиция     

       Обескремненный 

        раствор

Отделение и промывка

           Al(OH)₃   Гидроокись  
                                             алюминия

Маточный раствор    Промывка     белый шлам

   Выпарка    Кальцинация

Оборотный раствор     Глинозем

   Na₂CO₃H₂O (рыжая сода) 
 

     

Рисунок 1. Схема последовательного варианта  
комбинированного способа Байер-спекание

      Принята для реализации последовательная технологическая  схема Байер-спекание в силу большей  степени отработанности. При этом были усовершенствованы как ветвь  Байера, которая не могла остаться в традиционном исполнении из-за специфики  сырья, так и передел спекания красного шлама, промышленная реализация кото-рого была осуществлена впервые [1].

      Создание  и промышленное освоение на Павлодарском алюми-ниевом заводе (ПАЗе) новой высокоэффективной  аппаратурно-технологической схемы  получения глинозема из низкокачествен-ных бокситов является крупным достижением нашей алюминиевой промышленности.

      Ввиду нестабильности химического и минералогического  со-става казахстанского бокситового  сырья требуется постоянное со-вершенствование  технологии его переработки как  на гидрохимичес-ком переделе, так и на переделе спекания красного шлама [2].

3.5. Выбор и обоснование  технологической  схемы

 

      Из  различных алюминиевых руд глинозем можно получать щелочными и кислотными способами вследствие наличия у  него амфотерных свойств. В промышленности применяются пока щелоч-ные способы; чисто кислотные и кислотно-щелочные способы находятся в стадии лабораторных и полузаводских исследований.

      Промышленные  щелочные способы производства глинозема  из бокситов подразделяются на:

1. гидрохимический (способ Байера);
2. способ спекания;
3. комбинированный способ – сочетание способа Байера со способом спекания в параллельном или последовательном вариантах.

      Выбор же способа переработки бокситов определяется следу-ющими основными  факторами:

1. кремневым модулем;
2. содержанием Fe₂O₃;
3. содержанием вредных примесей: карбонатов, сульфидов и органических веществ;
4. минералогическим составом сырья.

      При прочих благоприятных условиях бокситы  с кремневым модулем >6-7 целесообразно перерабатывать по способу Байера, бокситы с кремневым модулем <6 и с умеренным содержанием окиси железа (не более 20 %) – по последовательному варианту комбинированного способа Байер-спекание и, наконец, боксит с модулем <6, но с повышенным содержанием Fe₂O₃ – по способу спекания. Под благоприятными условиями имеется в виду малое содержание в бокситах карбонатов и сульфидов (особенно FeСО₃ и FeS₂). Из-за повышенного содержания этих примесей может оказаться невыгодным способ Байера для бокситов с кремневым модулем >6-7 вследствие больших потерь каустической щелочи (переход ее в соду и сульфат натрия), плохого отстаивания красного шлама и загрязнения алюминатных растворов двухвалент-ным железом [9]. (См. рис. 1).

      Способ  Байера самый дешевый и самый  распространенный, однако для его  существования требуются высококачественные бокситы. Способ спекания – наиболее дорогой, но более универ-сальный и может применяться к любому высококремнистому алюминиевому сырью. В последние годы с большим успехом при-меняются комбинированные щелочные способы. Параллельный вариант используют для термической каустификации соды и ком-пенсации потерь дорогой каустической щелочи более дешевой содой; для спекательной ветви этого варианта может применяться как высококачественный байеровский боксит, так и спекательный. Последовательный вариант комбинированного способа по технико-экономическим показателям занимает промежуточное положение между способом Байера и способом спекания и применяется для высококремнистых бокситов для максимального извлечения из них глинозема.

3.6. Описание основных  технологических  
процессов

 

      Способ  Байера и способ спекания имеют определенные недо-статки, это – ограниченность применения, высокий расход дорого-стоящей  каустической щелочи и пара (способ Байера), большие ма-териальные потоки, высокий расход топлива (способ спекания) [1].

      По  схеме последовательного варианта (см. рис. 2) богатый Al₂O₃ и Na₂O красный шлам после безавтоклавного выщелачивания бокситов спекают в смеси с содой и известняком. Обескремненный алюминатный раствор от выщелачивания спека смешивают с раз-бавленным раствором процесса Байера для совместного разло-жения.