способ получения глинозема из нефелинового сырья

Формула изобретения

Способ получения глинозема из нефелинового сырья, включающий приготовление шихты из глиноземсодержащего материала, содового раствора и известняка, спекание шихты во вращающейся печи и охлаждение, отличающийся тем, что шихту готовят в три стадии, на первой стадии в глиноземсодержащий материал вводят отход производства алюминия электролизом в виде шлама в количестве 1-5% от сухой массы шихты и содовый раствор концентрацией 40-60 г/л, полученную смесь размалывают в первой мельнице мокрого помола, на второй стадии в известняк добавляют содовый раствор концентрацией 40-60 г/л, полученную смесь размалывают во второй мельнице мокрого помола, на третьей стадии содошламонефелиновую и содоизвестняковую пульпы домалывают в третьей мельнице мокрого домола и добавляют содовый раствор концентрацией 40-60 г/л до получения шихты влажностью 23-27%.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к цветной металлургии и может быть использовано в производстве глинозема спеканием.

Известен способ получения глинозема из нефелинового сырья, включающий приготовление шихты из нефелинового сырья с добавлением каолиновых глин в качестве маложелезистой алюмосиликатной добавки, известняка, содопоташного раствора, спекание шихты и выщелачивание спека /1/.

Недостатком известного способа является использование в качестве добавки дорогостоящих каолиновых глин, приводящее к повышенным затратам.

Наиболее близким техническим решением является способ переработки глиноземсодержащего материала, включающий приготовление шихты из глиноземсодержащего материала, соды, известняка и фторсодержащих отходов процесса рафинирования алюминия трехслойным методом в количестве 1-5% и последующее спекание шихты во вращающейся печи /2/.

Недостатком известного способа является загрязнение фтором из фторсодержащих твердых отходов рафинирования алюминия сточных вод и газовых выбросов при производстве глинозема. Высокая концентрация соединений фтора, хлора и натрия в отходах понижает температуру плавления спека, что может приводить к нарушению технологического режима производства глинозема из-за выхода из строя печей спекания. Малые объемы этих отходов делают их использование низкорентабельным.

Задачей предлагаемого изобретения является повышение рентабельности производства глинозема за счет использования особо крупнотоннажных отходов производства алюминия электролизом в виде шлама и снижение загрязнения окружающей среды в зоне шламохранилища производства алюминия электролизом соединениями фтора - веществами 2 класса опасности и бензапиреном - веществом 1 класса опасности, концентрация которого в шламе 160 мг/кг при ПДК_{раб.зона} =0,00015 мг/м³.

Поставленная задача достигается тем, что в способе получения глинозема из нефелинового сырья, включающем приготовление шихты из глиноземсодержащего материала, содового раствора и известняка, спекание шихты во вращающейся печи и охлаждение, новым является то, что шихту готовят в три стадии на первой стадии в глиноземсодержащий материал вводят отход производства алюминия электролизом в виде шлама в количестве 1-5% и содовый раствор концентрацией 40-60 г/л, полученную смесь размалывают в первой мельнице мокрого помола, на второй стадии в известняк добавляют содовый раствор концентрацией 40-60 г/л, полученную смесь размалывают во второй мельнице мокрого помола, на третьей стадии содошламонефелиновую и содоизвестняковую пульпы домалывают в третьей мельнице мокрого домола и добавляют содовый раствор концентрацией 40-60 г/л до получения шихты влажностью 23-27%.

Шлам при производстве алюминия электролизом содержит алюминий и его соединения в количестве 5-10% в сухой массе шлама и при добавлении в шихту позволяет уменьшить содержание глиноземсодержащего материала, а карбонаты кальция и магния в количестве 3-5% в сухой массе шлама позволяют уменьшить введение в шихту известняка.

Шлам, содержащий уголь 20-25%, органические соединения 15-25%, натрий 6-10%, калий 2-3% и фтор 1-1,5% в сухой массе шлама являются заменителями части дорогостоящего мазутного или угольного топлива, а также служит влагопонижающим пластификатором для шихты, позволяющим дополнительно экономить топливо, увеличить извлечение глинозема и натриевой щелочи из спека.

Пример №1. Нефелиново-содоизвестняковую шихту готовят из расчета молярных соотношений:

Nа₂ O/Аl₂O₃=1,05-1,1

(CaO+MgO)/(SiO ₂+Fe₂O₃)=1,9-2,0

Содонефелиновую смесь, имеющую соотношение Ж:Т=1:4 и с использованием содового раствора концентрацией 40-60 г/л, подвергают мокрому помолу в лабораторной мельнице в течение 60 минут. Затем содоизвестняковую смесь с использованием содового раствора концентрацией 40-60 г/л подвергают мокрому помолу в мельнице в течение 60 минут. Содонефелиновую и содоизвестняковую пульпы смешивают и подвергают совместному мокрому домолу в мельнице в течение 60 минут. Полученную шихту объемом 0,5 л доводят до влажности 25%, определяют ее текучесть по расплыву стандартного конуса, после чего этот объем шихты доводят до влажности 27% и определяют ее текучесть и далее до влажности 30% и 32%, в результате чего определяют оптимальную влажность 30% содонефелиново-известняковой шихты без добавки шлама.

Шихту разливают по стальным формам емкостью 0,5 л, которые затем помещают в лабораторный сушильный шкаф, где производят сушку образцов шихты с получением брикетов. Полученные брикеты помещают в лабораторную муфельную печь, где производят их спекание со скоростью 8-10°С в минуту. Охлаждение полученного спека проводят вместе с печью до 600°С, а затем в эксикаторе. Температуры спекания 1100°С, 1150°С, 1200°С, 1250°С, время нагрева 120 минут, а время выдержки - 30 минут. В результате определяют оптимальную температуру спекания шихты без добавления шлама в 1250°С. Образцы получаемого спека измельчают в лабораторной мельнице мокрого помола при добавлении содового раствора концентрацией 40-60 г/л при соотношении Ж:Т=1:4, полученную суспензию фильтруют и в полученном фильтрате определяют концентрацию алюминия и натрия. Результаты анализов приведены в таблицах №1-3.

Пример №2. Нефелиново-содоизвестняковую шихту готовят из расчета молярных соотношений:

Nа₂O/Аl₂O₃ =1,05-1,1

(CaO+MgO)/(SiO₂+Fe₂O ₃)=1,9-2,0

Добавка представляет собой шлам - твердые отходы производства алюминия электролизом влажностью 35% и содержит мас.% в сухом шламе: С - 30-39, Аl - 5-10, F - 1,0-1,5, О - 13-21, Na - 6-10, К - 2-3, Si - 1,5-2,5, Н - 6-10, Mg - 0,5-1,0, Са - 1,0-1,5, S - 3-5, Fe - 5-7.

Шлам добавляют в содонефелиновую смесь, имеющий соотношение Ж:Т=1:4 и с использованием содового раствора концентрацией 40-60 г/л, в виде пульпы влажностью 35% в количестве 2% сухой массы, после чего смесь с добавкой шлама подвергают мокрому помолу в лабораторной мельнице в течение 60 минут. Затем содоизвестняковую смесь, с использованием содового раствора концентрацией 40-60 г/л, подвергают мокрому помолу в мельнице в течение 60 минут. Содошламонефелиновую и содоизвестняковую пульпы смешивают и подвергают совместному мокрому домолу в мельнице в течение 60 минут. Полученную шихту объемом 0,5 л доводят до влажности 23%, определяют ее текучесть по расплыву стандартного конуса, после чего этот объем шихты доводят до влажности 25% и определяют ее текучесть, и далее до влажности 27% и 30% в результате чего определяют оптимальную влажность 27% содошламонефелиново-известняковой шихты с 2% добавкой шлама. Шихту разливают по стальным формам емкостью 0,5 л, которые затем помещают в лабораторный сушильный шкаф, где производят сушку образцов шихты с получением брикетов. Полученные брикеты помещают в лабораторную муфельную печь, где производят их спекание со скоростью 8-10°С в минуту. Охлаждение полученного опека проводят вместе с печью до 600°С, а затем в эксикаторе. Температуры спекания 1100°С, 1150°С, 1200°С, 1250°С, время нагрева 120 минут, а время выдержки - 30 минут. В результате определяют оптимальную температуру спекания шихты с добавлением 2% шлама в 1200°С. Образцы получаемого опека измельчают в лабораторной мельнице мокрого помола при добавлении содового раствора концентрацией 40-60 г/л при соотношении Ж:Т=1:4, полученную суспензию фильтруют и в полученном фильтрате определяют концентрацию алюминия и натрия.

Результаты анализов приведены в таблицах №1-3.

Пример №3. Нефелиново-содоизвестняковую шихту готовят из расчета молярных соотношений:

Nа₂ O/Аl₂O₃=1,05-1,1

(CaO+MgO)/(SiO ₂+Fе₂O₃)=1,9-2,0

Добавка представляет собой шлам - твердые отходы производства алюминия электролизом влажностью 35% и содержит мас.% в сухом шламе: С - 30-39, Аl - 5-10, F - 1,0-1,5, О - 13-21, Na - 6-10, К - 2-3, Si - 1,5-2,5, Н - 6-10, Mg - 0,5-1,0, Са - 1,0-1,5, S - 3-5, Fe - 5-7.

Шлам добавляют в содонефелиновую смесь, имеющий соотношение Ж:Т=1:4 и с использованием содового раствора концентрацией 40-60 г/л, в виде пульпы влажностью 35% в количестве 4% сухой массы, после чего смесь с добавкой шлама подвергают мокрому помолу в лабораторной мельнице в течение 60 минут. Затем содоизвестняковую смесь с использованием содового раствора концентрацией 40-60 г/л, подвергают мокрому помолу в мельнице в течение 60 минут. Содошламонефелиновую и содоизвестняковую пульпы смешивают и подвергают совместному мокрому домолу в мельнице в течение 60 минут. Полученную шихту объемом 0,5 л доводят до влажности 23%, определяют ее текучесть по расплыву стандартного конуса, после чего этот объем шихты доводят до влажности 25% и определяют ее текучесть, и далее до влажности 27% и 30%, 9 результате чего определяют оптимальную влажность 25% содошламонефелиново-известняковой шихты с 4% добавкой шлама. Шихту разливают по стальным формам емкостью 0,5 л, которые затем помещают в лабораторный сушильный шкаф, где производят сушку образцов шихты с получением брикетов. Полученные брикеты помещают в лабораторную муфельную печь, где производят их спекание со скоростью 8-10°С в минуту. Охлаждение полученного спека проводят вместе с печью до 600°С, а затем в эксикаторе. Температуры спекания 1100°С, 1150°С, 1200°С, 1250°С, время нагрева 120 минут, а время выдержки - 30 минут. В результате определяют оптимальную температуру спекания шихты с добавлением 4% шлама в 1150°С. Образцы получаемого спека измельчают в лабораторной мельнице мокрого помола при добавлении содового раствора концентрацией 40-60 г/л при соотношении Ж:Т=1:4, полученную суспензию фильтруют и в полученном фильтрате определяют концентрацию алюминия и натрия.

Результаты анализов приведены в таблицах №1-3.

Пример №4. Нефелиново-содоизвестняковую шихту готовят из расчета молярных соотношений:

Na₂O/Al ₂O₃=1,05-1,1

(CaO+MgO)/(SiO₂ +Fе₂O₃)=1,9-2,0

Добавка представляет собой шлам - твердые отходы производства алюминия электролизом влажностью 35% и содержит мас.% в сухом шламе: С - 30-39, Аl - 5-10, F - 1,0-1,5, О - 13-21, Na - 6-10, К - 2-3, Si - 1,5-2,5, Н - 6-10, Mg - 0,5-1,0, Са - 1,0-1,5, S - 3-5, Fe - 5-7.

Шлам добавляют в содонефелиновую смесь, имеющий соотношение Ж:Т=1:4 и с использованием содового раствора концентрацией 40-60 г/л, в виде пульпы влажностью 35% в количестве 5% сухой массы, после чего смесь с добавкой шлама подвергают мокрому помолу в лабораторной мельнице в течение 60 минут. Затем содоизвестняковую смесь, с использованием содового раствора концентрацией 40-60 г/л, подвергают мокрому помолу в мельнице в течение 60 минут. Содошламонефелиновую и содоизвестняковую пульпы смешивают и подвергают совместному мокрому домолу в мельнице в течение 60 минут. Полученную шихту объемом 0,5 л доводят до влажности 23%, определяют ее текучесть по расплыву стандартного конуса, после чего этот объем шихты доводят до влажности 25% и определяют ее текучесть, и далее до влажности 27% и 30% в результате чего определяют оптимальную влажность 23% содошламонефелиново-известняковой шихты с 5% добавкой шлама. Шихту разливают по стальным формам емкостью 0,5 л, которые затем помещают в лабораторный сушильный шкаф, где производят сушку образцов шихты с получением брикетов. Полученные брикеты помещают в лабораторную муфельную печь, где производят их спекание со скоростью 8-10°С в минуту. Охлаждение полученного спека проводят вместе с печью до 600°С, а затем в эксикаторе. Температуры спекания 1100°С, 1150°С, 1200°С, 1250°С, время нагрева 120 минут, а время выдержки - 30 минут. В результате определяют оптимальную температуру спекания шихты с добавлением 5% шлама в 1100°С. Образцы получаемого спека измельчают в лабораторной мельнице мокрого помола при добавлении содового раствора концентрацией 40-60 г/л при соотношении Ж:Т=1:4, полученную суспензию фильтруют и в полученном фильтрате определяют концентрацию алюминия и натрия.

Результаты анализов приведены в таблицах №1-3.

Пример №5. Нефелиново-содоизвестняковую шихту готовят из расчета молярных соотношений:

Na₂O/Al ₂O₃=1,05-1,1

(CaO+MgO)/(SiO₂ +Fe₂O₃)=1,9-2,0

Добавка представляет собой шлам - твердые отходы производства алюминия электролизом влажностью 35% и содержит мас.% в сухом шламе: С - 30-39, Аl - 5-10, F - 1,0-1,5, О - 13-21, Na - 6-10, К - 2-3, Si - 1,5-2,5, Н - 6-10, Mg - 0,5-1,0, Са - 1,0-1,5, S - 3-5, Fe - 5-7.

Шлам добавляют в содонефелиновую смесь, имеющий соотношение Ж:Т=1:4 и с использованием содового раствора концентрацией 40-60 г/л, в виде пульпы влажностью 35% в количестве 6% сухой массы, после чего смесь с добавкой шлама подвергают мокрому помолу в лабораторной мельнице в течение 60 минут. Затем содоизвестняковую смесь с использованием содового раствора концентрацией 40-60 г/л, подвергают мокрому помолу в мельнице в течение 60 минут. Содошламонефелиновую и содоизвестняковую пульпы смешивают и подвергают совместному мокрому домолу в мельнице в течение 60 минут. Полученную шихту объемом 0,5 л доводят до влажности 23%, определяют ее текучесть по расплыву стандартного конуса, после чего этот объем шихты доводят до влажности 25% и определяют ее текучесть, и далее до влажности 27% и 30% в результате чего определяют оптимальную влажность 23% содошламонефелиново-известняковой шихты с 6% добавкой шлама. Шихту разливают по стальным формам, емкостью 0,5 л, которые затем помещают в лабораторный сушильный шкаф, где производят сушку образцов шихты с получением брикетов. Полученные брикеты помещают в лабораторную муфельную печь, где производят их спекание со скоростью 8-10°С в минуту. Охлаждение полученного спека проводят вместе с печью до 600°С, а затем в эксикаторе. Температуры спекания 1100°С, 1150°С, 1200°С, 1250°С, время нагрева 120 минут, а время выдержки - 30 минут. В результате определяют оптимальную температуру спекания шихты с добавлением 6% шлама в 1075°С. Образцы получаемого спека измельчают в лабораторной мельнице мокрого помола при добавлении содового раствора концентрацией 40-60 г/л при соотношении Ж:Т=1:4, полученную суспензию фильтруют и в полученном фильтрате определяют концентрацию алюминия и натрия.

Результаты анализов приведены в таблицах №1-3.

Анализы получаемых спеков примеров №1-5 показывают, что введение в шихту в составе шлама соединений фтора и щелочных металлов снижает оптимальную температуру спекания, необходимую для образования пористого качественного спека /табл.№1/. Введение в шихту шлама увеличивает содержание Аl₂О₃ и Na₂O в спеке, получаемом при спекании шихты со шламом /табл.№2/. Введение в шихту в составе шлама соединений алюминия и натрия увеличивает извлечение из спека алюминия и натрия в пересчете на Al₂O₃ и Na₂ O /табл.№3/.

Как видно из таблицы №3, повышение дозы шлама в шихте более 5% (к сухой массе шихты) приводит к снижению извлечения Аl₂О₃ и Na₂O из спека за счет образования легкоплавких натрий(калий)кальциевых силикатов в образуемом малопористом клинкерообразном спеке, из которого плохо переходят в алюминатный раствор ионы алюминия и натрия. Присутствие в шламе соединений кальция и магния позволяет уменьшить количество известняка в шихте. Таким образом, использование предлагаемого способа по сравнению с известным позволяет повысить степень извлечения глинозема с 85,5 до 92,5%, щелочи Na₂O с 87,0 до 91,0% за счет внесения со шламом в шихту алюминий- и натрийсодержащих соединений и за счет уменьшения расшихтовки спека, также снизить энергозатраты за счет уменьшения температуры спекания с 1250°С до 1100° вследствие эффекта плавня у шлама и за счет снижения влажности шихты с добавкой шлама с 28-30% до 23-27%, также снизить загрязнение окружающей среды в зоне шламохранилища соединениями фтора и бензапиреном.

Источники информации

1. Патент РФ № 2165888, кл. С 01 F 7/38, 2001.

2. Авт. св. СССР № 1274999, кл. C 01 F 7/38, 1986.