CC BY
74
Оригинальная статья / Original article УДК 669.712
DOI: http://dx.doi.org/10.21285/1814-3520-2018-4-202-214
ИЗВЛЕЧЕНИЕ ЦЕННЫХ КОМПОНЕНТОВ ИЗ АЛЮМОСИЛИКАТНЫХ ПРИРОДНЫХ И ТЕХНОГЕННЫХ МАТЕРИАЛОВ ПРИ ПОЛУЧЕНИИ ГЛИНОЗЕМА СПОСОБОМ СПЕКАНИЯ
© И.Н. Шепелев1, А.Ю. Сахачев2, А.М. Жижаев3, Р.Я. Дашкевич4, Н.В. Головных5
1 Научно-исследовательская организация ООО «ЭКО-Инжиниринг», 662150, Российская Федерация, г. Ачинск, Южная Промзона, квартал XII, стр.1
2 Акционерное общество «РУСАЛ Ачинск»,
662150, Российская Федерация, г. Ачинск, Южная Промзона, квартал XII, стр.1
3 Институт химии и химической технологии Сибирского отделения РАН, 660036, Российская Федерация, г. Красноярск, Академгородок, д. 50, стр. 24.
4 Сибирский федеральный университет,
660025, Российская Федерация, г. Красноярск, пр. Красноярский рабочий, д. 95
5 Институт Геохимии им. А.П.Виноградова Сибирского отделения РАН, 664033, г. Иркутск, ул. Фаворского, 1а.
РЕЗЮМЕ ЦЕЛЬ. Технологическое опробование вовлечения в сырьевую глиноземную шихту алюминийсодержа-щих видов сырья с доизвлечением из них ценных для технологии получения глинозема компонентов. МЕТОДЫ. Используются термоаналитические, электронно-микроскопические и минералогические методы исследования, рентгенофазовый и рентгеноструктурный анализ. РЕЗУЛЬТАТЫ. Выполнен краткий анализ использования в технологии приготовления сырьевой шихты АО «РУСАЛ Ачинск» различных глиноземсодержащих добавок. Приготовление шихты с добавлением отработанного шамотного огнеупорного кирпича было опробовано в лабораторном и промышленном масштабах при переработке нефелиновых руд Кия - Шалтырского месторождения в АО «РУСАЛ Ачинск». Проведенными технологическими исследованиями и промышленными испытаниями подтверждено, что добавка отработанного шамотного огнеупорного кирпича в глиноземную шихту даже в минимальных количествах (0,11 % мас., позволяет снизить расход нефелиновой руды не менее, чем на 6000 тонн в год и обеспечить дополнительное извлечение глинозема. ЗАКЛЮЧЕНИЕ. Введение техногенных материалов шамотного кирпича в глиноземную шихту позволяет снизить с 3,6 до 2,8 тонн удельный расход нефелиновой руды на одну тонну выпускаемого глинозема, а также сократить объемы образования данных на 0,5-0,6 т /т AhO3. Результаты испытаний показали, что при спекании шихты с добавками шамотного кирпича извлечение глинозема находится на уровне 91,0-91,5%. Одновременно с решением задачи ресурсосбережения обеспечивается достижение экологического эффекта за счет вовлечения в производство отработанных и заскладированных техногенных материалов и снижение их вредного воздействия на окружающую природную среду.
Ключевые слова: производство глинозема, нефелиновая руда, отработанный шамотный кирпич, дистен-сил-лиманитовые концентраты, известняково-нефелиновая шихта, технологические исследования.
Информация о статье. Дата поступления 21 февраля 2018 г.; дата принятия к печати 3 апреля 2018 г.; дата он-лайн-размещения 30 апреля 2018 г.
Формат цитирования. Шепелев И.И., Сахачев А.Ю., Жижаев А.М., Дашкевич Р.Я., Головных Н.В. Извлечение ценных компонентов из алюмосиликатных природных и техногенных материалов при получении глинозема способом спекания // Вестник Иркутского государственного технического университета. 2018. Т. 22. № 4. С. 202-214. DOI: 10.21285/1814-3520-2018-4-202-214
1Шепелев Игорь Иннокентьевич, доктор технических наук, директор; e-mail: Ekoing@mail.ru Igor I. Shepelev, Doctor of technical sciences, Director, e-mail: Ekoing@mail.ru
2Сахачев Алексей Юрьевич, директор по обеспечению производства; e-mail: Sakhachev_Aleks@mail.ru
Aleksey Yu. Sakhachev, Director on Production Management, e-mail: Sakhachev_Aleks@mail.ru
3Жижаев Анатолий Михайлович, кандидат технических наук, заведующий лабораторией; e-mail: zhyzhaev@icct.ru
Anatoly M. Zhyzhaev, Candidate of technical sciences, Head of the Laboratory, e-mail: zhyzhaev@icct.ru
4Дашкевич Раиса Яковлевна, кандидат технических наук, доцент кафедры металлургии цветных металлов; e-mail:
dashkevich@mail.ru
Raisa Ya. Dashkevich, Candidate of technical sciences, Associate Professor of the Department of Nonferrous Metal Metallurgy, e-mail: dashkevich@mail.ru
5Головных Николай Витальевич, кандидат химических наук, ведущий инженер; e-mail: Golovnykh@igc.irk.ru Nikholay V. Golovnykh, Candidate of Chemistry, Leading Engineer, e-mail: Golovnykh@igc.irk.ru
0
EXTRACTION OF VALUABLE COMPONENTS FROM ALUMOSILICATE NATURAL AND TECHNOGENIC MATERIALS UNDER ALUMINA PRODUCTION BY SINTERING
I.I. Shepelev, A.Yu. Sakhachev, A.M. Zhyzhaev, R.Ya. Dashkevich, N.V.Golovnykh
Research Institution ECO-Engineering LLC,
1 bld, XII Kvartal,Yuzhnaya Promzona, Achinsk, 662150, Russian Federation RUSAL Achinsk JSCo,
1 ild., XII Kvartal,Yuzhnaya Promzona, Achinsk, 662150, Russian Federation
Institute of Chemistry and Chemical technology of the Siberian Branch of Russian Academy of Sciences,
50, Akademgorodok, 24 bld, Krasnoyarsk,660036, Russian Federation
Siberian Federal University,
95, Krasnoyarskiy Rabochiy pr., Krasnoyarsk, 660025, Russian Federation Vinogradov Institute of Geochemistry of Siberian Branch of Russian Academy of Sciences, 1a, Favorsky St., Irkutsk, 664033, Russian Federation
ABSTRACT. The purpose of the paper is technological testing of introduction of aluminum containing kinds of raw material and industrial waste in the primary alumina mixture with the additional extraction of useful components from them. METHODS. The study uses the thermoanalytical, electron microscopic and mineralogical research methods as well as X-ray diffractometric and structural analysis. RESULTS. A brief analysis is performed on the use of different alumina containing additives in the preparation technology of alumina mixture at Rusal Achinsk JSC. The preparation of mixture with the addition of refractory clay fire brick waste was tested in the laboratory and industrial scale when processing nepheline ores of the Kia-Shaltyr deposit at Rusal Achinsk JSC. Performed technological researches and pilot tests have confirmed that even minimal addition (0.11% weight) of refractory clay fire brick waste in primary alumina mixture allows to reduce the consumption of nepheline ore not less than by 6000 tons per year and ensure additional extraction of alumina. CONCLUSION. Addition of clay fire brick fulfilled in primary alumina mixture allows to decrease the specific consumption of nepheline ore from 3.6 to 2.8 ton per ton of the produced alumina and to reduce the technogenic materials formation volumes by 0.50.6 ton per a ton of AhO3. The test results show that the sintering of mixture with the addition of clay fire brick waste results in 91.0-91.5% alumina extraction. It allows both to solve the problem of resource-saving and achieve the ecological effect due to the introduction of spent and dumped technogenic materials in the production as well as reduce their hazardous effect on environment.
Keywords: alumina production, nepheline ore, clay fire brick fulfilled, disthen-sillimanite concentrates, limestone-nephe-line mixture, technologal researches
Information about the article. Received February 21, 2018; accepted for publication April 3, 2018; available online April 30, 2018.
For citation. Shepelev I.I., Sakhachev A.Y., Zhyzhaev A.M., Dashkevich R.Ya., Golovnykh N.V. Extraction of valuable components from alumosilicate natural and technogenic materials under alumina production by sintering. Proceedings of Irkutsk State Technical University. 2018, vol. 22, no. 4, pp. 202-214. (In Russian). DOI: 10.21285/1814-3520-2018-4-202-214
0
Введение
Известно, что основное количество глинозема в мире производят из бокситов [1, 2]. В России на Ачинском глиноземном комбинате освоена технология получения глинозема из нефелиновых руд по способу спекания с известняком [3, 4]. В ходе выработки месторождений нефелинов наблюдается неуклонное снижение содержания оксида алюминия в природном сырье и промежуточных продуктах глиноземного производства. Сырьевой базой для комбината является Кия-Шалтырское месторождение нефелиновых руд, расположенное в Кемеровской области. В процессе эксплуатации
рудника с 1967 г. произошло снижение содержание оксида алюминия в руде и, как следствие, перед комбинатом стоит задача в поисках резервной сырьевой базы. Однако месторождения аналогичного Кия-Шалтыр-скому не существует. Все известные месторождения, расположенные вблизи АО «РУ-САЛ-Ачинск», обогащены оксидами железа и требуют представительного обогащения. Промышленная переработка руды Горяче-горского месторождения, расположенного рядом с Кия-Шалтырским рудником и планируемым ОК РУСАЛ в качестве резервной сырьевой базы, в ближайшие годы потре-
бует для реализации этого проекта значительные инвестиции, связанные с доразвед-кой месторождения и созданием горнодобывающего предприятия. Основываясь на опыте эксплуатации АО «РУСАЛ Ачинск» можно заключить, что для дальнейшей бесперебойной эксплуатации Кия-Шалтырского нефелинового рудника требуются технические решения по вовлечению в переработку некондиционной руды, размещенной в специальных отвалах. Чтобы обеспечить необходимые технологические параметры и из влечение ценных компонентов по мере обеднения нефелиновых руд, в сырьевую
шихту для повышения в спеке содержания Al2Oз можно добавлять глиноземсодержа-щие минеральные продукты, в том числе техногенного происхождения [4-6]. Вовлечение во вторичную переработку техногенных алюминийсодержащих материалов, не только позволит доизвлекать из них ценные компоненты, но и снизить антропогенную нагрузку на окружающую природную среду. Очевидно, что это существенно повышает эффективность ресурсосберегающих и природоохранных проектов, проводимых компанией «Русский Алюминий».
Цель и методы исследований
Целью настоящей работы явилось проведение исследований по технологическому опробованию вовлечения в сырьевую глиноземную шихту алюминийсодержащих техногенных материалов с доизвлечением из них ценных для технологии получения глинозема компонентов. В качестве объектов исследований были взяты пробы нефелиновой руды Кия-Шалтырского нефелинового рудника, известняка Мазульского известнякового рудника и различных алюминийсодержащих добавок. Технологические исследования по спеканию известняково-нефелиново-содовых шихт проводили в лабораторном и опытно-промышленном масштабах. Шихты для спекания составляли на основе нефелиновой руды, известняка и белого шлама, образующегося в процессе обескремнивания алюминатных растворов. Дозировка белого шлама составила 10% от веса рудной смеси по сухим материалам. Дозировка алюминийсодержащего техногенного сырья составляла от 0,5 до 10 % в составе рудной смеси по сухим материалам. В качестве корректирующей добавки использовалась химически чистая сода. Исходные материалы измельчались до крупности -0,08 мм и готовили шихты путем смешения компонентов. Готовые шихты увлаж-
няли и прессовали в брикеты цилиндрической формы диаметром 20 мм и высотой 5060 мм. Брикеты высушивали на воздухе в течение суток и спекали в лабораторной муфельной печи ПЛ-5-14 при температурах 1200°С, 1225°С, 1250°С, 1275°С. Температурный режим спекания: скорость нагрева от 0°С до 1000°С - 17 град/мин, от 1000°С до заданной температуры - 3-5 град/мин; выдержка при заданной температуре - 15 мин. Охлаждение спеков производили вместе с печью до температуры 100°С и далее на воздухе. Степень оплавления спека определяли по величине усадки брикетов [3]. Оценку качества спека производили по величине химического извлечения глинозема и щелочей в раствор при выщелачивании спеков. Для идентификации присутствующих в алюминийповышающих добавках соединений применялся рентгенофазовый анализ, выполняемый на рентгеновском ди-фрактометре ДРОН-3М (напряжение 36 кВ, ток 14 мА), излучение шаг сканирования 0,02 град, время накопления в точке 1 с. Определение массовых долей натрия, калия, магния, алюминия, кремния, кальция и железа производилось в пересчете на оксиды рентгеноспектральным методом (спектрометр рентгенофлуоресцентный многоканальный Simultix-14).
Результаты исследования и их обсуждение
Одним из перспективных вариантов увеличения срока службы Кия-Шалтырского нефелинового рудника является совместная переработка некондиционной нефелиновой руды с бесщелочным глиноземсодер-жащим сырьем, к которому можно отнести: глины, дистен-силимманитовые руды и алю-минийсодержащие шлаки [6-13].
Одной из перспективных для повышения оксида алюминия добавок в шихту можно рассматривать каолиновые глины. Химический состав их - глиноземисто-кремнеземистые гидроксиды в широком диапазоне трех соединений (А12Оз, SÍO2, Н2О). В настоящее время исследовано несколько месторождений каолиновых глин в Красноярском крае и Кемеровской области: Дубининское, Кантатское, Барандатское и Кампановское.
Кампановское месторождение каолинов и тугоплавких глин расположено на территории Уярского района Красноярского края к северо-востоку от ст. Балай, в 25 км к северо-западу от г. Уяр. Химический состав каолинов характеризуется содержанием AI2O3 - 33% и SiÜ2 - 51%. Проведенные лабораторные исследования по обогащению глин представленных месторождений показали, что Дубининские и Кантатские глины труднообогатимы дешевыми способами обогащения [4, 14]. Наиболее легкообогати-мыми глинами являются Барандатские. При
Таблица 1
Влияние каолиновых добавок к рудной шихте на технологические показатели получения глинозема
Table 1
nfluence of kaolin additives in ore charge on technological parameters of alumina production
их обогащении может быть получен концентрат с содержанием А12О3 - около 30% при выходе 70-80%.
Проведенные исследования [14] показали принципиальную возможность переработки некондиционных нефелиновых руд Кия-Шалтырского нефелинового рудника с добавками каолиновых глин по спекатель-ной технологии получения глинозема. В качестве одного из объектов исследований были взяты каолиновые концентраты Кам-пановского месторождения, расположенного в Уярском районе Красноярского края. Содержание оксида алюминия в концентрате составляло около 35%. Выщелачивание спеков проводили по методике стандартного выщелачивания, согласно которой навески измельченных спеков массой по 25 г выщелачивали в растворе щелочи (количество раствора 100 мл, содержание щелочи в исходном растворе - 7 г/л) в течение 15 мин при температуре 75оС в термостатированных ячейках, снабженных лопастными мешалками. Концентрация А12О3 в алюми-натном растворе после стандартного выщелачивания составляла 32-36 г/дм3. Концентрация оксидов натрия и калия (Р2О), соответственно, 55-58 г/дм3. Влияние каолиновых добавок к рудной шихте на технологические показатели получения глинозема показано в табл.1.
Добавка каолина в рудную шихту / Kaolin addition in ore charge , % Содержание AI2O3 в рудной смеси / Alumina content in ore mixture, % Содержание AI2O3 в спеке / Alumina content in sinter, % Извлечение глинозема при стандартном выщелачивании / Alumina extraction at standard leaching, %
0 24,5 14,79 90,92
10 25, 28 14,87 91,98
20 26,06 14,99 93,34
30 28,84 15,14 92,48
Исследованиями было установлено, что добавки каолинового концентрата в количестве до 30% в нефелиновую руду интенсифицируют процесс спекания и выщелачивания нефелиновых спеков, при этом снижается удельный расход рудных смесей, увеличивается выход глинозема.
Следует отметить, что промышленная технология обогащения глин в настоящее время не реализована. Кроме того, вовлечение белых каолиновых глин в глиноземное производство (со строительством рудников) на данном этапе не представляется возможным в связи с рассредоточением запасов глин на больших площадях, отсутствием достоверных прогнозов по их запасам, неоднородностью и относительно низким содержанием в них глинозема, отсутствием подъездных путей и инфраструктуры.
Другой ценной глиноземной добавкой для получения целевого продукта в АО «РУСАЛ Ачинск» могут стать дистен-силли-манитовые концентраты (ДСК) и кианитовые концентраты, которые получаются при обогащении одноименных руд [14, 15]. Дистен -силлиманитовые руды образуют крупные скопления в России, в том числе в Сибири. Руды, в основном, сложены кварцем, силлиманитом, пиритом и содержат Al2Oз - до 18%, SiO2 - 78-80%. Для этих руд в лабораторных условиях Институтом химии и химической технологии СО РАН (г. Красноярск) разработана схема обогащения, продуктами которой являются силлиманитовый, кварцевый и пиритный концентраты [15]. Особенностью дистен-силлиманитовых руд, в отличие от нефелиновых руд является их способность к глубокому обогащению, обусловленная хорошей окристаллизованно-стью и относительно простым вещественным составом, что позволяет сравнительно легко обогащать руды до содержания в концентратах 55-58% Al2Oз и до 1,5% оксида железа. Полученный после обогащения ди-стен-силлиманитовых руд кварцевый концентрат содержал до 93% SiO2. Пиритный концентрат содержал до 43% серы. Силлиманитовый концентрат содержал до 55% Al2Oз, и он может быть использован в смеси
с нефелиновой рудой для переработки на глинозем методом спекания. Известны два месторождения дистен-силлиманитовых руд наиболее близких к АО «РУСАЛ Ачинск»: Кяхтинское и Бызыбайское [14]. Кяхтинское месторождение расположено в Бурятии, в 15-20 км от железной дороги Улан-Удэ-Наушки. Утвержденные запасы данного месторождения составляют 121 млн т. Базыбайское месторождение кварц-силлиманитовых руд с содержанием Al2Oз -14-18% и SiO2 - 78-80% находится на юге Красноярского края (Восточный Саян, междуречье Базыбай-Кызыр), в 150 км от ст. Ку-рагино. Утвержденные прогнозные ресурсы составляют 412 млн т. По лабораторным данным [16] силлиманитовый концентрат может быть использован в смеси с нефелиновой рудой в качестве глиноземсодержа-щей добавки. Согласно патенту [17], для переработки в качестве сырья могут быть использованы низкокачественные руды в смеси с дистен-силлиманитовым концентратом в массовом соотношении 1:(0,25-1,0). Проведенными исследованиями [14, 15] показано, что добавки ДСК в нефелиновую руду интенсифицируют процесс спекания: начало химического воздействия по данным термографического анализа сдвигается в низкотемпературную область, а температура начала плавления и полной жидкоплавкости шихт с увеличением ДСК в них сдвигаются в высокотемпературную область, что обусловлено снижением содержания оксидов железа в шихте, образующих легкоплавкие эвтектики в изучаемой системе и увеличением доли алюминатной фазы в спеках, поэтому, площадка спекооб-разования расширяется с 50 до 120°С уже при добавке ДСК к нефелиновой руде в количестве 20%.
При совместной переработке нефелиновых руд (в особенности низкокачественных) и ДСК методом спекания взаимно компенсируются их недостатки:
- присутствие в рудной смеси ДСК повышает содержание Al2Oз в спеке, снижает расходные коэффициенты основных и вспомогательных материалов, удельный выход шлама, улучшает физико-химические
свойства спеков и за счет этого повышает извлечение ценных компонентов;
- легко осуществляется регулирование соотношения объема выпуска глинозема, содопродуктов и нефелинового шлама на имеющихся производственных мощностях за счет изменения количества добавки ДСК в нефелиновую руду.
Совершенствование процесса ших-топодготовки нефелиновых руд для получения глинозема способом спекания может быть достигнуто с вводом в сырьевую шихту добавок техногенного происхождения: золы ТЭЦ, отработанного огнеупорного шамотного кирпича, алюминий-фтор-углеродсо-держащих шламов алюминиевых заводов [18-21]. Опробованы в качестве добавок в сырьевую глиноземную шихту отходы угольной футеровки алюминиевых заводов, имеющие в своем составе фторидные соединения [20-21]. По патенту [22] сырьевую шихту готовят из алюминий-фтор-углеродсодер-жащих шламов алюминиевого производства и известняка и производят ее спекание при температуре 550-800°С. Показано, что фторидные соединения, содержащиеся в этих техногенных материалах, связываются в нетоксичные фториды кальция при спекании их с известняком, а из спека при выщелачивании получаются гидроксид алюминия и содопродукты.
В АО «РУСАЛ Ачинск» разработаны ресурсосберегающие технологии, направленные на экономию сырья путем вовлечения промышленных отходов и техногенных материалов в процесс переработки нефелиновых руд Кия-Шалтырского месторождения. Для этой цели предложено использовать более доступное вторичное алюминий-содержащее сырье - глиноземсодержащие отходы, что обеспечивает сокращение про-
изводственных отвалов и решение экологических проблем. В качестве ресурсосберегающей добавки в известняково-нефелино-вую шихту использован отработанный шамотный огнеупорный кирпич, применяемый для футеровки вращающихся печей и других тепловых агрегатов, взятый из мест их тридцатилетнего складирования, что позволило провести рекультивацию нарушенных земель [6, 23]. Возможность вовлечения этих алюмосиликатных отходов в качестве добавки в глиноземную сырьевую шихту обусловлено сходством их химического состава и физико-химическим характеристик с нефелиновой рудой и при этом более высокое содержание в них оксида алюминия - от 30 до 45% обеспечивает важный технологический эффект. Химический состав отходов шамотного кирпича приведен в табл. 2.
По данным фазового анализа основными фазами, присутствующими в шамотном кирпиче, являются: муллит -3А12О3*2БЮ2, тридимит - ЭЮ2, кварц - а-Э1О2. Отслужившие свой эксплуатационный срок шамотные огнеупоры могут включать примеси сырьевых компонентов глиноземной шихты и продуктов производства глинозема. Поскольку содержание оксида алюминия в нефелиновой руде меньше чем в шамотном огнеупорном кирпиче, то вовлечение последнего в шихту позволит снизить расход руды и улучшить качество спека. Химический состав исходных материалов для приготовления шихты и дозировка сырьевых компонентов приведены, соответственно, в табл. 3 и 4. Молекулярные соотношения в приготавливаемых лабораторных шихтах составляли: СаО/ЭЮ2 = 1,92; (№2О+К2О)/А!2О3 = 1,08; (Ма2О+К2О)/(А12О3+Ре2О3+БО3) = 0,929.
Таблица 2
Химический состав отработанного шамотного огнеупорного кирпича
Table 2
Composition of used fulfilled refractory brick
Наименование добавки / Additive Содержание компонентов / Composi tion, %
SiO2 CaO MgO Fe2O3 Al2O3 Na2O K2O
Отходы шамотного кирпича / Clay fire brick waste 56,76 1,90 1,56 3,32 33,24 0,1 0,13
Таблица 3
Химический состав исходных материалов
Table 3
Chemical composition of initial materials_
Наименование Материала / Component Содержание основных компонентов / Content of main components, %
ППП / LOI SiO2 CaO MgO Fe2O3 AI2O3 R2O Na2O K2O SO3
Нефелиновая руда / Nephe-line ore 4,59 40,65 8,84 1,40 5,04 25,65 13,52 11,28 2,24 0,31
Известняк/ Limestone 42,43 1,87 53,04 1,02 0,60 0,64 - - - 0,4
Белый шлам / White slime 24,14 12,64 26,63 0,67 1,06 21,16 11,75 9,6 2,15 1,95
Отходы шамотного кирпича / Clay fire brick waste 2,13 48,05 1,4 0,86 4,05 40,24 2,95 1,08 1,87 0,32
Таблица 4
Дозировка сырьевых компонентов
Table 4
Dosage of mixture components
Наименование материала / Component Содержание компонентов, г на100 г / Content of components, g per100 g
Руда / Ore Отходы шамотного кирпича / Clay fire brick waste Белый шлам / White slime Известняк/ Limestone Сода / Soda Всего / Total I
Шихта 1 / Charge 1 100 0 10 127,51 13,00 250,51
Шихта 2 / Charge 2 95 5 10 129,68 14,59 254,27
Шихта 3 / Charge 3 90 10 10 131,85 16,19 258,04
Шихта 4 / Charge 4 80 20 10 136,18 19,39 265,57
Шихта 5 / Charge 5 50 50 10 149,18 28,99 288,16
Проведенными исследованиями и промышленными испытаниями подтверждено, что добавка отходов шамотного огнеупорного кирпича в глиноземную шихту
даже в минимальных количествах (0,11% мас.) позволяет снизить расход нефелиновой руды не менее чем на 6000 тонн в год при сохранении тех же технологических по-
казателей по извлечению глинозема. Приготовление шихты с добавлением отработанного шамотного огнеупорного кирпича было опробовано в лабораторном и промышленном масштабах при переработке нефелиновых руд Кия-Шалтырского месторождения в АО «РУСАЛ Ачинск». Результаты лабораторных исследований по спеканию шихты с сырьевой добавкой шамотной футеровки и выщелачиванию спека приведены на рис. 1-3.
Дозировка шамотной футеровки в рудную смесь повышает температуру плавления шихты, что должно положительно сказаться на работе зоны спекания. При периодической дозировке шамотной футеровки 1,5% мас. в сырьевую шихту снижение степени извлечения глинозема при стандартном выщелачивании не превышает 0,04%. Зависимость усадки брикетов от содержания шамотной футеровки в рудной смеси показана на рис. 1.
Дозировка отработанной шамотной футеровки производилась в пределах от 0,1 до 10% от массы нефелиновой руды. Результаты лабораторных исследований показали, что при спекании шихты с добавками
шамотного кирпича степень извлечения глинозема соответствовала данному показателю без добавок шамотного кирпича -91,0-91,5%. Увеличение добавки отработанного шамотного кирпича в рудную смесь более 10% мас. при температурах спекания 1250-1270°С приводит к некоторому снижению степени извлечения глинозема, а также к снижению содержания щелочей в спеках, что требует увеличения расхода известняка для связывания оксида кремния, а для восполнения недостатка щелочей - дополнительного ввода содового раствора.
При проведении промышленных испытаний шамотный кирпич, отслуживший свой срок, доставляли на площадку узла приема и загрузки материала, затем через питательный бункер подавали на совместное дробление с рудой для подготовки глиноземной шихты. Результаты промышленных испытаний подтвердили, что введение добавки отработанного шамотного огнеупорного кирпича в глиноземную шихту в количестве 0,5-1,5% позволяет снизить расход нефелиновой руды на 6 500-7 000 тонн в год. При этом существенно сокращается
Рис. 1. Зависимость усадки брикетов от содержания добавки шамотной футеровки в рудной смеси:
1 - температура 1250°С; 2 - температура 1270°С Fig. 1. Dependence of briquette shrinkage on the addition of fireclay lining in ore mixture: 1 - sintering temperature is 1250°С; 2 - sintering temperature is 1270°С
93 п
1
90 ----
0 5 10 15 20
Содержание шамотной футеровки в шихте, % / Fireclay lining content in charge, %
Рис. 2. Зависимость извлечения AI2O3 при стандартном выщелачивании от добавок шамотной футеровки в шихту: 1 - температура спекания шихты 1250°С; 2 - температура спекания шихты 1270°С Fig. 2. Dependence of Al2O3 extraction under standard leaching from fireclay lining addition in charge: 1 - sintering temperature is 1250°С; 2 - sintering temperature is 1270°С
количество образуемого нефелинового шлама, что дает возможность приступить к утилизации складируемых производственных техногенных материалов путем их вовлечения в производственный технологический процесс подготовки сырьевой шихты.
В целом, промышленные испытания показали достаточно высокий уровень извлечения оксида алюминия из шамотной футеровки, что позволяет сделать вывод о возможности ее использования в качестве глиноземсодержащей добавки в нефелиновую шихту [24]. В настоящее время вовлечено в процесс приготовления шихты отработанного огнеупорного шамотного кирпича более 70 000 тонн, при этом достигнута экономия природных сырьевых ресурсов -
нефелиновой руды около 41 800 тонн. Есть все основания утверждать, что опробование аналогичных техногенных материалов с других предприятий отрасли в технологии получения глинозема в АО «РУСАЛ Ачинск» даст возможность не только утилизировать данное техногенное сырье, но и извлекать из них глинозем и другие ценные соединения. Данные технологические решения позволяют практически всю шамотную футеровку огнеупорного кирпича, собранную с предприятий Сибирского региона, использовать в производстве глинозема на АО «РУ-САЛ Ачинск» с одновременным решением проблемы рекультивации отвалов и доиз-влечением из этого техногенного сырья ценных компонентов.
Заключение
Таким образом, рассмотрена возможность использования широкого круга алюминийсодержащих материалов в качестве технологических добавок в нефе-
линовую шихту, позволяющих экономить основные запасы Кия-Шалтырского рудника и улучшать технико-экономические показатели глиноземного производства в
92,5 -I
О сч ОН
с о
о
Е
X
ш
О сч
R
е
3"
е л в
п
92
91,5
91
1*
5 10 15
Содержание шамотной футеровки в шихте, % / Fireclay lining content in charge, %
20
Рис. 3. Зависимость извлечения R2O при стандартном выщелачивании от добавок шамотной футеровки в шихту: 1 - температура спекания шихты 1250°С; 2 - температура спекания шихты 1270°С Fig. 3. Dependence of R2O extraction under standard leaching from fireclay lining addition in charge: 1 - sintering temperature is 1250°С; 2 - sintering temperature is 1270°С
0
АО «РУСАЛ Ачинск». С этой целью проведено технологическое опробование и выявлена возможность высокой степени утилизации отработанной шамотной футеровки при получении глинозема. Установлено, что введение отработанного шамотного кирпича в глиноземную сырьевую шихту в количестве 1-1,5% позволяет снизить до 0,750,85 т/т А120з удельный расход нефелиновой руды. Наиболее высокая степень извле-
чения оксида алюминия из спеков (91-93%) может быть обеспечена при дозировке техногенного сырья в известняково-нефелино-вую шихту суммарно до 10% мас. (~ 15-20% от массы нефелиновой руды). За счет вовлечения в производство техногенных материалов достигается ресурсосбережение основных материалов и экологический эффект от снижения их воздействия на окружающую природную среду.
Библиографический список
1. Малютин Ю.С., Гальперин В.Г. Состояние сырьевой базы алюминиевой промышленности России // Горная Промышленность. 1996. № 2. С. 10-12.
2. Самойлов А.Г., Копылов А.В., Ломаев В.Г. Бокситы Сибири и возможность их использования для производства глинозема. Минеральные ресурсы России // Экономика и управление. 2006. № 3. С. 8-12.
3. Арлюк Б.И., Шнеер В.Е. Процессы спекания в производстве глинозема. М.: Металлургия, 1970. 120 с.
4. Дашкевич Р.Я. Перспективы расширения минерально-сырьевой базы глиноземной промышленности Сибири // Материалы II Всероссийской научно-практической конференции «Достижения науки и тех-
ники - развитию сибирских регионов» (Красноярск, 16-18 марта 2000 г.). Красноярск, 2000. С. 225-226.
5. Петров В.П. Новые небокситовые виды глиноземного сырья. М.: Наука, 1982. 256 с.
6. Шепелев И.И., Пихтовников А.Г., Дашкевич Р.Я., Ребрик И.И., Головных Н.В. Опыт и перспективы использования отходов промышленных предприятий на АГК при комплексной переработке алюминиевого сырья // Материалы IV Междунар. Конгресса «Цветные металлы-2012» (Красноярск, 7-9 сентября 2012 г.). Красноярск, 2012. С. 325-328.
7. Бельков И.В., Горбунов Г.И., Макиевский С.И. Кианито-вые месторождения. Минеральные месторождения
Кольского полуострова. Апатиты: Кольский научный центр Российской академии наук, 1981. С. 163-177.
8. Holappa L., Xiao Y. Slags in ferroalloy production - review of present knowledge // Journal of the South African Institute of Mining and Metallurgy. 2004. Vol. 104. P. 429-437.
9. ZhangL., Zhang L.N., Wang M.Y. Recovery of titanium compounds from molten Ti-bearing blast furnace slag under the dynamic oxidation condition // Minerals Engineering. 2007. Vol. 20. P. 684-693.
10. Rytvin V.M., Perepelitsyn V.A., Ponomarenko A.A., and Gilvarg S.I. Titanium-alumina slag - semifunctional techmogenic resource of high-alumina composition. Part 1. Substance composition and titanium-alumina slag properties // Refractories and Industrial Ceramics. 2017. Vol. 58. No. 2. P. 130-135.
11. Wang Xing Li. Alumina production theory & technology. Changsha: Central South University. 2010. 411 р.
12. Roelof D.Hond. Alumina yield in the Bayer process past present and prospects // Light Metals. 2007. P. 3742-3758.
13. Сахачев А.Ю., Шепелев И.И., Дашкевич Р.Я., Кожевников В.А., Головных Н.В. Опыт совместной переработки нефелиновой руды и бокситового сырья на Ачинском глиноземном комбинате // Материалы XIX Междун. науч.-техн. конф. «Научные основы и практика переработки руд и техногенного сырья» (Екатеринбург, 23-24 апреля 2014 г.). Екатеринбург, 2014. C. 162-167.
14. Шепелев И.И., Дашкевич Р.Я., Головных Н.В., Пихтовников А.Г., Горбачев С.Н. Вовлечение в переработку некондиционного нефелинового сырья с применением глиноземсодержащих добавок // Материалы II Международного конгресса «Цветные металлы Сибири - 2011» (Красноярск, 7-9 сентября 2011 г.). Красноярск, 2011. С. 88-90.
15. Семин В.Д., Медведев Г.П., Семина З.Ф. Пути вовлечения в производство низкокачественных алюмо-силикатных руд // Известия вузов: Цветная металлургия. 1983. № 9. С. 43-46.
16. Пат. № 2446103, Российская Федерация. Способ получения глинозема из кианитового концентрата / М.В. Никитин, М.В. Сизяков; заявл. 02.08.2010; опубл. 27.03.2012. Бюл. № 3-5 с.
17. Пат. № 2213057, Российская Федерация. Способ переработки низкокачественного щелочного алюмо-силикатного сырья / В.Д. Семин, В.И. Кирко, З.Ф. Семина и др.; заявл. 30.07.2001; опубл. 27.09.2003. Бюл. № 27.
18. Головных Н.В., Швец А.А., Полонский С.Б. Перспективы использования минеральных отходов теплоэнергетики в производстве глинозема // Известия вузов: Цветная металлургия. 2008. № 6. С. 16-23.
19. Пат. №2606821, Российская Федерация. Способ переработки нефелиновой руды / И.И. Шепелев,
A.Ю. Сахачев, А.Н. Анушенков и др.; заявл. 03.09.2015; опубл. 10.01.2017. Бюл. № 1.
20. Медведев Г.П., Семин В.Д., Семина З.Ф. Пути решения проблемы обеспечения сибирских алюминиевых заводов местным глиноземом // Алюминий Си-бири-2000: материалы VI Междунар. конференции (Красноярск, 5-7 сентября 2000 г.). Красноярск, 2000. С. 258-262.
21. Патрин Р.К., Бажин В.Ю. Отработанная футеровка алюминиевого электролизера как сырье для металлургической, химической и строительной промышленности // Металлург, 2014. № 8. С. 33-36.
22. Пат. № 2312815, Российская Федерация. Способ переработки алюминийсодержащего сырья / Г.П. Медведев, Р.Я. Дашкевич, Б.П. Куликов, В.И. Аникеев; заявл. 10.01.2006; опубл. 20.12.2007. Бюл. № 35.
23. Пат. № 2225357, Российская Федерация. Способ переработки нефелиновых руд / А.Г. Пихтовников,
B.И. Аникеев, И.У. Ахметов и др.; заявл. 25.09.2002; опубл. 10.03.2004. Бюл. № 7.
References
1. Malyutin Yu.S., Gal'perin V.G. State of the raw materials base of the Russian aluminum industry. Gornaya promyshlennost' [Mining Industry], 1996, no. 2, pp.10— 12. (In Russian).
2. Samoylov A.G., Kopylov A.V., Lomaev V.G. Siberian bauxites and the possibility to use them for alumina production. Mineral'nyye resursy Rossii, [Mineral Resources of Russia. Economy and management] 2006, no. 3, pp. 8-12. (In Russian).
3. Arluk B.I., Sheer V.E. Prosessi cpekania v proisvod-stve glinosema [Sintering processes in alumina production]. М.: Metallurgy Publ., 1970, 120 p. (In Russian).
4. Dashkevitch R.Ya. Perspektivi rascirenia mineralno-sirevoi bazi glinozomnoi promishlennosti Sibiri [Prospects of widening a mineral resources base for Siberian alumina producing industry]. транслитерация [Proceedings of II All-Russia scientific and technical Conference
"Scientific and technical achievements for Siberian region progress", Krasnoyarsk, 16-18 March 2000]. Krasnoyarsk, 2000, pp. 225-226. (In Russian).
5. Petrov V.P. Novie neboksitovie vidiglinozomnogo siria [New non-bauxite types of alumina resources]. Moscow: Nauka Publ., 1982. 256 p. (in Russian).
6. Shepelev I.I., Pikhtovnikov A.G., Dashkevitch R.Ya, Rebrik I.I., Golovnykh N.V. Opyt i perspektivy ispol'zovaniya othodov promyshlennyh predpriyatij na AGK pri kompleksnoj pererabotke alyuminievogo syr'ya [Experience and application prospects of industial waste at Achinsk Alumina Combine under complex processing of alumina raw materials]. Materialy IV Mezhdunar. Kon-gressa "Cvetnye metally-2012" [Proceedigns of IV International Congress "Non-Ferrous Metals -2012" Krasnoyarsk, 7-9 September 2012]. Krasnoyarsk, 2012, pp. 325-328. (in Russian).
7. Bel'kov I.V., Gorbunov G.I., Makievskiy S.I. Kianitovye mestorozhdeniya. Mineral'nye mestorozhdeniya Kol'skogo poluostrova. Apatity [Kyanite deposits. Mineral deposits of Kola Peninsula]. Apatity: Kola Science Center of the Russian Academy of Sciences Publ., 1981, pp. 163-177. (In Russian).
8. Holappa L., Xiao Y. Slags in ferroalloy production -review of present knowledge // Journal of the South African Institute of Mining and Metallurgy, 2004, vol. 104, pp. 429-437.
9. Zhang L., Zhang L.N., Wang M.Y. Recovery of titanium compounds from molten Ti-bearing blast furnace slag under the dynamic oxidation condition // Minerals Engineering, 2007, vol. 20, pp. 684-693.
10. Rytvin V.M., Perepelitsyn V.A., Ponomarenko A.A., and Gilvarg S.I. Titanium-alumina slag - semifunctional techmogenic resource of high-alumina composition. Part 1. Substance composition and titanium-alumina slag properties // Refractories and Industrial Ceramics, vol. 58, no. 2, July 2017, pp. 130-135.
11. Wang Xing Li. Alumina production theory & technology. Changsha: Central South University. 2010, 411 p.
12. Roelof D.Hond. Alumina yield in the Bayer process past present and prospects // Light Metals, 2007. pp. 3742-3758.
13. Sakhachev A.Yu., Shepelev I.I., Dashkevitch R.Ya., Kozhevnikov V.A., Golovnykh N.V. Opyt sovmestnoj pererabotki nefelinovoj rudy i boksitovogo syr'ya na Achinskom glinozemnom kombinate [Experience of coprocessing of nepheline ore and bauxite raw materials at Achinsk Alumina Combine]. Materialy XIX Mezhdu-narodnoj nauchno-tekhnicheskoj konferencii "Nauchnye osnovy i praktika pererabotki rud i tekhnogennogo syr'ya" [Proceedings of XIX International scientific and technical Conference "Scientific bases and processing practice of ore and technogenic raw materials", Ekaterinburg, 23-24 April 2017]. Ekaterinburg, 2014. pp. 162167 (in Russian).
14. Shepelev I.I., Dashkevitch R.Ya., Golovnykh N.V., Pihtovnikov A.G., Gorbachev S.N. Vovlechenie v pere-rabotku nekondicionnogo nefelinovogo syr'ya s prime-neniem glinozemsoderzhashchih dobavok [Involvement of substandard nepheline raw materials in processing with the use of alumina-containing additives]. Materialy II Mezhdunarodnogo kongressa «Cvetnye metally Sibiri -
Критерии авторства
Шепелев И.Н., Сахачев А.Ю., Жижаев А.М., Дашкевич Р.Я., Головных Н.В. имеют на статью равные авторские права и несут равную ответственность за плагиат.
Конфликт интересов
Авторы заявляют об отсутствии конфликта интересов.
2011» [Proceedings of II International Congress "Siberian Non-Ferrous Metals-2011", Krasnoyarsk, 7-9 September 2012]. Krasnoyarsk, 2012, pp. 88-90. (In Russian).
15. Semin V.D., Medvedev G.P., Semina Z.F. Methods to involve low-quality aluminosilicate ores into production. Izvestiya vuzov: Cvetnaya metallurgiya [Proceedings of Higher Schools. Nonferrous Metallurgy], 1983, no. 9, pp. 43-46. (in Russian).
16. Nikitin M.V. Sposob polucheniya glinozema iz kiani-tovogo koncentrata [Method for obtaining alumina from kyanite concentrate]. Patent RF, no. 2446103, 2012.
17. Semin V.D. Sposob pererabotki nizkokachestven-nogo shchelochnogo alyumosilikatnogo syr'ya [Processing method of low quality alkaline alumosilicate raw material]. Patent RF, no 2213057.
18. Golovnykh N.V., Shwets A.A., Polonskiy S.B. Per-spektivy ispol'zovaniya mineral'nyh othodov tep-loehnergetiki v proizvodstve glinozema [Application prospects of heat power plant mineral waste in alumina production]. Izvestiya vuzov: Cvetnaya metallurgiya [Proceedings of Higher Schools. Nonferrous Metallurgy], 2008, no. 6, pp. 16-23 (in Russian).
19. Shepelev I.I. Sposob pererabotki nefelinovoj rudy [Processing method of nepheline ore]. Patent RF, no 2606821, 2017.
20. Medvedev G.P., Semin V.D., Semina Z.F. Puti resh-eniya problemy obespecheniya sibirskih alyuminievyh zavodov mestnym glinozemom [Methods to solve the problem of Siberian aluminum plants provision with local alumina]. Materialy VI Mezhdunar. konferentsii "Al-yuminiy Sibiri-2000" [Proceedings of VI International Conference "Siberian Aluminium-2000", Krasnoyarsk, 5-7 September 2000]. Krasnoyarsk, 2000, pp. 258-262. (in Russian).
21. Patrin R.K., Bazhin V.Yu. Spent lining of an aluminum electrolyzer as a raw material for metallurgical, chemical and construction industries, Metallurg [Metallurgist], 2014, no. 8, pp. 33-36 (In Russian).
22. Medvedev G.P. Sposob pererabotki al-yuminiysoderzhashchego syr'ya [Processing method of alumina-containing raw material]. Patent RF, no 2312815, 2006.
23. Pichtovnikov A.G. Sposob pererabotki nefelinovykh rud [Processing method of nepheline ores]. Patent RF, no 2225357, 2004.
Authorship criteria
Shepelev I.I., Sakhachev A.Yu., Zhyzhaev A.M., Dash-kevich R.Ya., Golovnykh N.V. have equal author's rights and bear equal responsibility for plagiarism.
Conflict of interests
The authors declare that there is no conflict of interests regarding the publication of this article.
