CC BY
44
Кафедра молодых
• - - ■ .- - : -..-.-... -.г. -%»: »-■ г- '• : у... * ... • - . : - • ■ . ■ г у . 'Г... .•::-. .. . '..-•■_.•• V ..■■••-■■-'. • -.
щели 4-6 мм и грохочении материала крупностью 20+10 мм не должна превышать 2,0-2,5 м3/ч на 1 м2 площади колосниковой решетки. Увеличение удельной нагрузки решет грохота выше рекомендуемой снижает механическое извлечение слюды. Производительность грохота и степень извлечения при постоянной ширине щели прямо пропорциональны величине полезного сечения.
Амплитуда колебаний грохота и форма вибрации оказывают большое влияние на процесс обогащения. Для придания кристаллу неустойчивого равновесия при работе грохота производится подбрасывание материала. При большой амплитуде колебаний происходит излишне высокое подбрасывание и как следствие малая вероятность прохождения его в щель, при малой амплитуде - нет достаточного подбрасывания и кристаллы также плохо ориентированы к поверхности грохота. Кроме того, при малой амплитуде колебаний уменьшается скорость движения материала по грохоту, что снижает производительность грохота. Поэтому амплитуда колебаний для определенного класса крупной руды и его вещественного состава должна быть определенной. Для прохождения кристалла в подрешетный продукт необходимо чтобы он занял неустойчивое равновесие и был правильно ориентирован по отношению к щели грохота. Это достигается тем, что решета для обогащения слюдяных
руд по форме изготовляются с уголковым профилем колосников. Чем больше площадь кристалла, тем больше номер уголка
Максимальный поперечный размер кристалла, который может пройти в щель грохота, определяют по формуле
г=2М + 0,715,
где 1 - размер кристалла, мм; N - размер уголка, мм; 5 -величина щели колосниковой решетки, мм.
Величину поперечного размера кристалла слюды, который должен пройти в щель грохота, определяют по формуле г=1,42Ы+5. Более крупные кристаллы не могут принять состояние неустойчивого равновесия, так как одновременно ложатся на вершины нескольких уголков и движутся с пустой породой в хвосты.
Для увеличения высоты уголков, с целью придания крупным по площади кристаллам слюды направленного движения, на них наваривают продольные пластинчатые отражатели. Пластинчатые отражатели устанавливают на острие уголка. Высоту отражателя необходимо принимать такой, чтобы кристаллы, получая неустойчивое равновесие, не упирались в кромку уголка, а свободно проходили в щель.
Статья принята к публикации 30.11.06
А.В. Толстокулакова
Избирательное хлорирование оксидов железа красных шламов тетрахлореилано^
Красный шлам (КШ) - крупнотоннажный отход производства глинозема из бокситов. После отделения от глинозема КШ складируются 8 отвалы. Ежегодный объем сбрасываемых КШ составляет около 2млн т. КШ токсичен, так как имеет щелочную реакцию (рН до 12,9), в результате чего ухудшаются экологические условия, нерационально используется земля.
Глиноземные заводы часто работают на бокситах, привозимых с разных месторождений. По этой причине КШ состоят из сложного комплекса минералов. Основные из них содержат железо (Ре203 колеблется от 25 до 60%), алюминий, кремний, кальций, титан. Очевидно, поэтому КШ по полезным компонентам можно приравнять к рудному сырью, а следовательно, целесообразна их переработка. Несмотря на систематические исследования КШ до настоящего времени не найдено удовлетворяющего решения проблемы их утилизации. Современные поиски ведутся в двух основных направлениях:
- извлечение из шлама полезных компонентов;
- непосредственное использование шлама без изменения его состава.
В ИрГТУ начата разработка нового гидрометаллургического способа извлечения железа из КШ. Он основан на превращении оксидов железа в его хлориды, которые легко отделить от остаточного шлама путем экстракции или последовательной гидратации - катализируемого гидролиза. Способ направлен на полное извлечение железа из КШ. В данной статье обсуждаются принципиальные возможности реакции оксидов железа, входящих 8 состав КШ, с тетрахлорсиланом фС^). Протекает эта реакция в сравнительно мягких условиях, весьма избирательно и не дает вредных для окружающей среды продуктов.
В качестве исходного объекта использован красный шлам УАЗа. Содержание основных компонентов в нем составляет (масс.%): Ре203 -46; А1203 -13; ТЮ2 4,8; БЮ2
мого красного шлама представлен гематитом, глинистыми минералами (в основном - хлоритом, примесями смектита, каолинита,палыгорскита). В очень небольших количествах в нем, возможно, присутствуют кальцит, пе-ровскит, шпинель, плагиоклаз, рутил, гиббсит, калиевый полевой шпат (рис.1). Фазовый состав КШ определялся рентгеновским порошковым методом по дифрактограм-мам, снятым на дифрактометре ДРОН-3 на СиКа-излучении в диапазоне углов 26 5-70°. Выбранный шлам имеет мелкокристаллическую структуру и неравномерно тонкий гранулометрический состав с преобладающей
крупностью частиц 30-40 мкм. J
1276
ОЙ
"тгг
таг
т«
Ж"
сталлов. Приблизительно на 80% (масс.) он состоял из темно-коричневых кристаллов с металлическим блеском, очень гигроскопичных. Меньшая его часть была представлена бесцветным веществом.
Для идентификации полученного продукта был проведен рентгеноструктурный анализ (описанным выше методом), результаты которого представлены в табл. 1, а рентгенограмма - на рис. 2.
Анализ рентгенограмм приводит к следующему заключению. Процесс взаимодействия КШ с тетрахлорси-ланом происходит избирательно и соответствует реакции
Ре203 + ййд РеС12-2Н20 + БЮ2.
В указанных выше условиях процесс хлорирования оксидов железа не проходит до конца: в продукте реакции сохраняется гематит. В число веществ, образующих основной состав прореагировавшего шлама, входит галит (ИаС!). Это весьма важное наблюдение. Оно свидетельствует о том, что вещества, определяющие щелочную реакцию КШ, при его взаимодействии с тетрахлор-силаном превращаются в поваренную соль, а сам тет-рахлорсилан, вероятно, в одну из разновидностей оксида кремния (БЮг), вероятно, рентгеноаморфную, так как дифракционных линий ЗЮ2 нет.
Вариант 2. Во избежание частичного гидролиза ЯС1д и удаления слабосвязанной воды КШ был прокален при ~100°С, Для этого пробу КШ помещали в муфельную печь и после достижения заданной температуры выдерживали в течение 1 часа с последующим охлаждением в эксикаторе. Происходящая дегидратация сопровождалась 6-8%-ными потерями массы. Процесс хлорирования подготовленного таким образом КШ проводили при тех же соотношениях и в тех же условиях, что и в варианте 1. Твердый продукт хлорирования этого шлама имел коричневую окраску с зеленоватым отливом. Рентгенограмма продукта реакции показана на рис.3. Её анализ указывает на образование двух типов хлорида железа, отличающихся содержанием воды, и галита. Как и в предыдущем опыте, в составе продукта реакции частично сохраняется гематит (табл.1).
5М
эгп
'та
■л
130
"ЧГ
таг
2в°
Си
Рис.3. Рентгенограмма продукта реакции обезвоженного красного шлама с тетрахлорсиланом (см. опыт 2, табл.1)
2#°си
Рис.2. Рентгенограмма продукта реакции исходного красного шлама с тетрахлорсиланом (см. опыт 1, табл.1)
Реакции КШ с тетрахлорсиланом (ЯС14) проводили в автоклаве. В серии опытов установлено, что при постоянном соотношении реагентов на ход реакции заметное влияние оказывают температура и продолжительность процесса, Опыты осуществляли в двух вариантах.
Вариант 1. В автоклав помещали исходный сухой КШ и тетрахлорсилан (чистая жидкость) в соотношении 1:10 (масс.). Реакционную смесь разогревали до 2ОО0С и выдерживали при этой температуре в течение двух часов. По завершении процесса жидкая фаза практически исчезла, а образовавшееся твердое вещество имело окраску, резко отличную от окраски исходного КШ, Продукт реакции представлял собой смесь кри-
20°си
Рис.1. Рентгенограмма исследуемого красного шлама
J
* : 1 - ■ ?
[®] Кафедра молодых
Фазово-минеральный состав шламов, образующихся в реакции с тетрахлорсиланом
Таблица 1
Условия подготовки кш Минерал Химическая формула Рефлексы
Вариант 1 Дигидрат хлорида железа РеС12-2Н20 5,51; 4,25; 2,86; 2,75; 2,39; 2,31; 2,13; 2,08; 1,81; 1,76; 1,71; 1,59
Галит №С1 2,80; 1,98; 1,65
гематит а -Ге205 2,69; 2,51; 1,84; 1,69
Вариант 2 Дигидрат хлорида железа РеС12'2Н20 5,53; 4,26; 2,87; 2,80; 2,72; 2,65; 2,39; 2,31; 2,13; 2,08; 1,81; 1,79; 1,72; 1,59; 1,52
Тетрагидрат хлорида железа РеС12-4Н20 5,30; 4,36; 3,96; 3,47; 3,00; 2,18; 2,13;
Галит №С1 2,80; ] ,98; 1,62
Хлорит Ре6А14О10(ОН)3 14,53; 7,04; 4,67; 3,47; 1,55
Гематит а -Ре203 2,70; 2,51; 1,69
Образующиеся хлориды железа могут служить полупродуктами для производства гематита - основного сырья металлургической промышленности. Кроме того, они находят непосредственное применение в радиотехнической и химической промышленности, могут служить коагулянтами при очистке сточных вод, протравой при крашении тканей, катализаторами в органическом синтезе, использоваться для получения других солей железа и неорганических пигментов.
Таким образом, установлена принципиальная возможность избирательного хлорирования оксидов железа красных шламов их реакцией с тетрахлорсиланом. Протекает эта реакция в мягких условиях и приводит к практически полезным хлоридам двухвалентного железа.
Статья принята к публикации 30.11.06
В.В. Кондратьев
Перспективы переработки твердых фтороуглеродосо держащих отходов электролиза алюминия
На алюминиевых заводах образуется большое количество твердых техногенных отходов, состоящих в основном из углерода и соединений фтора, натрия и серы, а также присутствуют газообразные выбросы в атмосферу (фтористый водород, диоксид серы, смолистые). И если выбросы в атмосферу можно кардинально понизить, применяя более совершенные типы укрытий электролизеров и системы газоочистки, то в плане твердых отходов требуется разработка решений, обеспечивающих утилизацию с получением легко реализуемых продуктов. Необходимо также учитывать реалии современных рыночных отношений - по возможности предприятие при переработке должно получать товарные продукты, которые могут быть использованы в основном или вспомогательных производствах. Алюминиевая промышленность является основным потребителем фтористых солей, поэтому основной задачей переработки отходов является извлечение из них фтора и утилизация углерода, алюминия и натрия.
За годы развития алюминиевой промышленности на территории промышленных площадок заводов было на-
коплено сотни тысяч тонн твердых фторуглеродсодержа-щих отходов (в основном состоящих из хвостов флотации угольной пены, пыли электрофильтров и шламов содовой газоочистки), хранение которых требует специально оборудованных и достаточно дорогостоящих сооружений - шламовых полей. К тому же практически невозможно достичь идеальной гидроизоляции шламовых полей, что влечет за собой неорганизованные потери ценных для электролиза компонентов и оказывает дополнительную нагрузку на экологию промышленных регионов. Соединения фтора, натрия, серы и других опасных веществ также проникают в поверхностные и подземные источники питьевой воды, делая их опригодними для хозяйственно-бытового использования без дополнительной обработки (пример - район расположения Надвоицкого алюминиевого завода).
Конечно, данная ситуация с накоплением большого количества твердых и жидких отходов на шламовых полях и загрязнением окружающей природной среды явилась следствием отсутствия целенаправленной политики государства в области переработки отходов и внедрения
Кафедра молодых
безотходных или малоотходных технологий, Отсутствие эффективных стимулов в сфере использования отходов привело к фактическому прекращению инновационной активности. В годы перестройки предприятия были предоставлены сами себе и вопросы экономического выживания были важнее экологических проблем, На данный момент правительство планирует выработать ряд законопроектов для интенсификации внедрения новых технологий на предприятиях вредных производств, но, пока что, вся государственная природоохранная политика сводится к экологическим платежам и штрафам, а также к более убыстренному списанию амортизационных
2. Базовые нормативы платы остаются неизменными уже почти 20 лет, хотя за этот период затраты на организацию деятельности по использованию и размещению отходов производства значительно выросли. Кроме того, появились методические документы, позволяющие определить удельный ущерб, нанесенный негативным воздействием отходов на окружающую среду, и вследствие этого идеология безотходности производства переросла в частичное возмещение наносимого отходами вреда.
3. За 20-летний период значительно расширилась сеть полигонов размещения отходов производства и по-
Таблица 1
Сравнительный анализ щелочного и низкомодульного криолитов___
Вещество Содержание основных элементов, %
N0 А1 $04
Регенерационный криолит (ИркАЗ) 44,60 29,14 12,79 6,33
Низкомодульный криолит 52,90 25,30 15,90 0,45
Таблица 2
Сравнительный анализ тонкодисперсных отходов и обесфторенной смеси отходов__
Вещество Содержание основных элементов, %
¥ N0 А1 С
Хвосты флотации 6,0-12,0 4,5-7,0 2,5-5,4 65,0-85,0
Пыль электрофильтров 13,0-23,0 9,0-13,0 9,0-19,0 20,0-34,0
Шлам газоочистки 17,0-25,0 15,0-23,0 12,0-22,0 20,0-30,0
Обесфторенная смесь отходов 0,1-0,2 —..... ......... 0,1-0,3 1,0-3,0 85,0-95,0
отчислений при условии внедрения каких-либо современных безотходных технологий. К сожалению предприятия «привыкли» к выплате экологических штрафов и такая ситуация их вполне устраивает, так как экологические платежи остаются практически неизменными уже в течение нескольких лет, а внедрение существующих разработок более дорогостоящее по сравнению с ожидаемой выгодой от внедрения разработанных технологий утилизации отходов.
Почти 20-летний опыт использования системы платежей за размещение отходов показал, что в первые годы ее практической реализации она была мощным стимулирующим фактором природоохранной политики. Но в дальнейшем эта неизменная система во многом отстала от реальных условий организации обращения с отходами и на уровне природопользователя, и на уровне субъектов РФ. Такая ситуация совершенно понятна.
1. Природопользователи адаптировались к сложившейся системе платности, уровень их экологической грамотности возрос, они научились находить способы сокращения объема экологических платежей за счет использования «псевдорыночных» механизмов при представлении и согласовании расчетов массы размещаемых ОТХОДОВ,
требления, в основной массе не отвечающих экологическим требованиям. Соответственно, размещение отходов на таких полигонах требует меньшей платы и является более привлекательным вариантом для природопользователя.
В скором будущем ситуация, возможно, изменится из-за вступления России во Всемирную торговую организацию. Мировое сообщество уже живет по принципам «чистого» производства и «чистых» товаров, что влечет за собой потерю конкурентоспособности алюминия российских производителей, а значит и большие экономические потери.
На сегодняшний момент научные исследования в области переработки отходов производства алюминия уже позволяют перевести данный процесс из разряда убыточных в разряд экономически выгодных. Например, уг-леродсодержащие отходы могут стать источником для вторичного энергетического сырья или материалом для электротермического производства кремния. С этой точки зрения вложение средств в новые технологии утилизации отходов уже может приносить экономическую выгоду - кроме сокращения платы за размещение и хранение отходов предприятие будет получать прибыль
00 00
го
т
ч
X
X
"О
ю
го иэ
го о о
лнлк, газ
| а фонаре
сырье -> гч.энеагм ЭЛЕКТРОЛИЗ >4.1 ««На МША 1в »АЛлч'Л К ««-А* •«»,( «<ж»»м> к
ПЫЛЬ
содовой роствср
«я«-»»- - • лики».
приготовление содового раствора
уГОЛЫуЗА ПЕнЗ
содо-бнюрбонагная газоочистка
Г--
ПУЛьШ о'о
газ
& Труб/
росте/х*
пу.цьгкз ф,югацис*ного кех*олщс;
1
У
осветление
4 шлам ;|/о /
* {
КИСЛУЙ <ЗП)Н1
ОС&СШЖНи^ рлсвоо
узел выщелачивания хвостов | флотации, пыли электрофильтров и шламов г/о
I
I
углегадссцйрахзтз поста
1
распор ПСС/,0 аыщолаг^ивония
/
обесфгоривание 1
»л*,..
Ч* Ж..... -
брикетирование т
1
V а х.-х <-•<•>: я
\1\f\f
1
— •« (бпмеои ««^м^м
варка криолита
I
пульно рогоиеродионисхо криолита
Ж
получение низкомодульного криолита
т
*
обоссулифачониьй раетаср
ПуЛьПО НШКрМ0дуАЬ>-ЮГ0 <рй*олига
ш»91
фильтрация
хисльги ростаор (маточник)
_I
1
кек
I
сушка
см<эдсшый тшо^душ^й кркош
РисЛ. Перспективная технологическая схема безотходной технологии переработки отходов для заводов с содсь
бикарбонатной системой газоочистки
жъ
, АД
[(■( и » #
.'.'г! • |
Щ .
г>
щ
■ V
Ц; ■Ш- ■
V V, •ч "
Ш'Ъ,
