CC BY
32
УДК 669.712
О.Е.МОРОЗОВА
Московский государственный институт
стали и сплавов
ИЗУЧЕНИЕ ПРОЦЕССА ВЫЩЕЛАЧИВАНИЯ ГВИНЕЙСКОГО БОКСИТА
В результате анализа различных факторов, влияющих на процесс выщелачивания гвинейских бокситов, были выбраны наиболее важные из них, определяющие эффективность процесса выщелачивания: температура процесса, концентрация Na20K, каустический модуль а„, масса добавки извести. Установлено, что температура - наиболее действенный фактор, поскольку с ее ростом увеличивается коэффициент диффузии и снижается вязкость раствора. С увеличением концентрации щелочи, значения а» и добавки извести эффективность процесса выщелачивания растет. Результаты исследования позволяют выбрать оптимальные условия для процесса выщелачивания, минимизировать энергозатраты и рассчитать расходные коэффициенты щелочи и известняка, которые будут использованы для создания математической модели процесса,
A review of different factors affecting the teaching process of Guinean bauxites has been performed. As a result, the most important factors were chosen which determine the efficiency of the leaching process: process temperature, NajOx concentration, value of the caustic module a„, the amount of lime addition. It is determined that temperature is the crucial factor, since the increase of it causes the rise in the diffusion coefficient and the decrease of the solution viscosity. The increase in the alkali concentration, the % value, and the amount of lime addition results in the rise of the efficiency of the leaching process. The research results allow one to choose the optimal conditions for the leaching process as well as to minimize the power inputs. The results also allow one to calculate the consumption coefficients of lime and limestone, which eventually will be utilized for development of the mathematical model for the leaching process.
Алюминиевая промышленность - самая большая среди металлургических подотраслей по объемам производства и потреблению выпускаемой продукции. Способ Байера - самый консервативный в цветной металлургии, но остается основным способом получения глинозема, экономически наиболее целесообразным.
Выщелачивание - один из важнейших переделов глиноземного производства. Назначение этого передела заключается в переводе оксида алюминия из сырья в растворимую форму - гидроалюминат натрия.
Взаимодействие начинается с момента первого контакта оборотного раствора и боксита при мокром размоле, однако наибольшая скорость и полнота вскрытия достигается только на переделе выщелачивания в автоклавах при высоких температурах по реакциям
А1(ОН)з + №ОН ЫаА1(ОН)4;
АЮОН + Н20 + ИаОН КаА!(ОН)4.
Скорость взаимодействия основных минералов, в первую очередь, зависит от их минералогической формы. Гиббситовые бокситы выщелачиваются растворами концентраций 200-230 г/л при атмосферном давлении и температуре 100-105 °С. Бокситы, относящиеся к бемит-диаспоровым, требуют выщелачивания в автоклавах при температуре 230-240 °С и концентрации щелочи 290-300 г/л.
Основными показателями автоклавного выщелачивания являются расход щелочи, пара и извлечение АЦОз в раствор. Кроме того, на скорость процесса выщелачивания влияют концентрация щелочи, тонина помола боксита, каустический модуль раство-
ров, продолжительность процесса, температура, присутствие извести.
Известно, что скорость выщелачивания гиббсита растворами NaOH с концентрациями 130-230 г/л в интервале температур 25-100 °С контролируется химической стадией. При повышении температуры выше 150 °С существенное значение приобретает внешнедиффузионное торможение, что приводит к промежуточному, а затем диффузионному режиму.
Скорость выщелачивания бемита и диаспора при температуре до 175 °С существенно зависит от температуры, тогда как при температуре выше 175 °С эта зависимость весьма слаба. Можно полагать, что в первом случае процесс протекает в кинетической или промежуточной области, а во втором - в диффузионной.
Многие отечественные глиноземные заводы работают на трудновскрываемом бокситовом сырье, однако в мире достаточно запасов легковскрываемого гиббситового и гиббсит-бемитового сырья, которое не требует таких высоких температур на выщелачивание и высоких концентраций щелочи. Поэтому с точки зрения экономии средств, в частности энергопотребления, целесообразно вести среднетемпературное выщелачивание, при котором будет обеспечена приемлемая скорость и полнота образования алюмината, но значительная часть кремнезема не разложится и перейдет в красный шлам. Возможно, это будет сопровождаться некоторым недоизвлечением АЬОз, что вызовет больший расход боксита, а также снижением скорости отстаивания шлама.
Целью данной работы являлось изучение влияния технологических факторов: температуры, концентрации щелочи, каустического модуля алюминатного раствора, добавки извести, - на процесс выщелачивания с целью подбора оптимальных условий, обеспечивающих промышленное извлечение (более 90 %) при минимальном расходе каустика и минимальных энергозатратах.
В работе был использован гвинейский боксит следующего химического состава, % по массе: АЬСЬ 44,9; Si02 1,82; Fe2Oj 24,6;
ТЮ2 2,4; п.п.п 26,3. Минералогически этот боксит представлен гиббситом, бемитом, алюмогетитом, гематитом, анатазом, рутилом, кварцем и каолинитом.
В диапазоне 110-160 °С, что соответствует условиям «мягкого» выщелачивания, концентрация щелочи изменялась от 150 до 230 г/л, при каустическом модуле 1,6 и 2,0 с добавлением извести в количестве 5 % от массы боксита и без добавления.
Эксперименты проводились в воздушном термостате, в автоклавах из нержавеющей стали емкостью 80 см3. Скорость вращения автоклавов 60 мин"1. Температура поддерживалась автоматически с точностью ±2 °С. Навеска боксита рассчитывалась, исходя из концентрации и объема щелочного раствора (V— 50 мл), состава боксита, по конечному значению каустического модуля алюминатного раствора ак = 1,6. Полученная пульпа после выщелачивания фильтровалась. Алюминатный раствор анализировался на содержание А12Оз и NaiO^u, объемно-метрическими методами с использованием трилона Б и фенолфталеина соответственно.
В результате исследований были получены зависимости извлечения А1203 в раствор от температуры, концентрации щелочи, каустического модуля и добавки извести. Эксперименты показали, что для достижения поставленной цели (извлечение более 90 %) выщелачивание необходимо вести при температуре 160 °С и концентрации щелочи 230 г/л, что позволяет перевести в раствор до 94 % А12Оэ- Значительное влияние температуры на степень извлечения подтверждает протекание процесса выщелачивания в диффузионной области.
Степень извлечения А120з при повышении концентрации щелочи от 150 до 190 г/л существенно растет (примерно на 10 %).
Влияние каустического модуля на степень извлечения незначительно. Снижение извлечения А120з при ак = 1,6 вызвано незначительным увеличением гидролиза алюмината натрия.
Влияние добавок извести также незначительно, что может быть обусловлено низким процентным содержанием титансо-
- 169
Санкт-Петербург. 2003
держащих минералов в боксите и малой вероятностью образования метатитаната натрия. Это свидетельствует также об отсутствии в боксите трудновскрываемого алюмогетита.
Таким образом, проведенные исследования подтвердили принципиальную воз-
можность извлечения алюминия в раствор выше 90 % при низких температурах и невысоких значениях концентрации щелочи. Полученные результаты могут быть предложены в качестве основных технологических параметров вскрытия гвинейского боксита данного состава.
Научные руководители: д.т.н. проф. И.В.Николаев, к.т.н. ассист. И.В.Воробьев
