CC BY
23
УДК 669.712.054
О.А.ДУБОВИКОВ, канд. техн. наук, доцент, ptpe_spmi@bk.ru Н.В.НИКОЛАЕВА, канд. техн. наук, ассистент, ptpe_spmi@bk.ru Санкт-Петербургский государственный горный университет
O.A.DUBOVIKOV, PhD in eng. sc., associate professor, ptpe_spmi@bk.ru N.V.NIKOLAEVA, PhD in eng. sc., assistant, ptpe_spmi@bk.ru Saint Petersburg State Mining University
ПОВЕДЕНИЕ ШАМОЗИТА В ПРОЦЕССЕ ХИМИЧЕСКОГО И ТЕРМОХИМИЧЕСКОГО КОНДИЦИОНИРОВАНИЯ БОКСИТОВ
Представлены результаты выщелачивания шамозитизированных бокситов щелоче-содержащими растворами. Показано, что поведение шамозитов при взаимодействии со щелочными растворами зависит от соотношения ортогональной и моноклинной модификаций и степени окисленности. Однако предварительный обжиг в слабоокислительной среде эти различия сглаживает за счет практически полного разложения шамозитов с образованием аморфных оксидов алюминия и кремния.
Ключевые слова: термохимическое кондиционирование, выщелачивание, бокситы, шамозит, обжиг.
BEHAVIOUR CHAMOISITE WHEN IN USE OF CHEMICAL AND THERMOCHEMICAL CONDITIONING OF BAUXITES
Results of desalination extraction chamoisite minerals alkali-containing are presented by solutions. It is shown that the behavior chamoisite at interaction with alkaline solutions depends on a parity orthogonal and monoclinic updatings and degree oxidation. However, prebaking in oxidizing medium these distinctions at the expense of almost complete decomposition chamoisite with formation amorphous aluminum and silicon oxides.
Key words: thermochemical conditioning, extraction, thermoactivation, bauxites, chamoisite, burning.
В настоящее время актуальной задачей является вовлечение в сферу производства глинозема низкокачественного, высококремнистого бокситового сырья. Способы переработки бокситов зависят от их качества, которое определяется содержанием оксида алюминия и кремневым модулем -Кремневый модуль позволяет приблизительно определить теоретически возможное извлечение глинозема по способу Байера:
Ь^1100%,
исходя из образования гидроалюмосиликата натрия Ш2О • АЬОз • 1,78102 • 2Н2О. Чем выше кремневый модуль, тем экономичнее
производство, а бокситы, содержащие более 7 % диоксида кремния, принято относить к высококремнистым. За рубежом перерабатывают бокситы с содержанием кремнезема не более 5 %, что соответствует кремневому модулю не менее 9-11. Дальнейшее развитие производства глинозема в России будет связано с промышленным использованием больших запасов высококремнистых бокситов новых месторождений Северной Онеги и Среднего Тимана. Кремневый модуль этих бокситов 3-5. Известные промышленные способы переработки такого сырья - последовательный способ Байер-спекания и способ спекания - характеризуются сложностью, громоздкостью и высокими капитальными,
Вещественный состав шамозитов
Номер пробы Содержание, % Fe2O3 - FeO Соотношение модификаций*
ШШ А12Оз SiO2 Fe2O3 FeO R2O TiO2 Fe2Ö3
1 9,10 37,74 20,20 30,46 24,01 1,05 1,86 0,21 3/1
2 15,58 31,75 26,00 21,40 8,43 0,25 1,96 0,61 2/1
3 10,08 21,70 12,53 52,24 24,17 0,15 1,02 0,54 2/1
4 8,08 18,26 15,30 54,56 29,61 0,16 1,19 0,46 7/4
5 7,24 19,17 18,32 49,40 27,70 0,32 1,19 0,44 4/1
6 10,52 23,72 22,40 39,10 23,30 0,20 0,61 0,40 9/1
Примечание. В числителе - ортогональная, в знаменателе - моноклинная.
35 30 25 20 15 10
Угол Брега 20, град.
Рис. 1. Дифрактограммы шамозита и продуктов его обжига
1 - исходный образец; температура обжига, °С: 2 - 400, 3 - 600. Продукт: I - шамозит моноклинный, II - гематит, III - сидерит, IV - гидрогетит. Цифры у кривых - длина волны, А
энергетическими и эксплуатационными затратами. С момента разработки этих способов прошло много времени, и на современном этапе они нерациональны.
В последнее время уделяется много внимания вопросам переработки на глинозем по способу Байера предварительно обогащенного высококремнистого бокситового сырья. Одно из направлений технологии обогащения заключается в химической или термохимической обработке сырья с получением бокситового концентрата.
Предварительный обжиг шамозитизиро-ванных бокситов при температуре 450-650 °С повышает извлечение глинозема и увеличивает потери щелочи при последующем автоклавном выщелачивании [3, 4]. Изучение природы превращений шамозита - одного из основных кремнесодержащих минералов отечественных бокситов - позволит более рационально организовать технологию обогащения.
Исследования проводились на различных разновидностях шамозитов КМА (табл.1).
Состав продуктов выщелачивания
Обжиг, °С Условия выщелачивания: температура °С, Ыа20 (г/л) и ак Содержание в остатке от выщелачивания, % №2° , моль* бЮ2
П.П.П А1Л бЮ2 Fe20з Fe0 Ыа20
Проба № 1
Нет 80 °С, 150 г/л - 34,51 20,50 35,85 24,79 0,16 0,008
» 80 °С, 150 г/л и 3,5 - 33,05 20,90 30,90 21,90 0,26 0,012
» 180 °С, 260 г/л - 23,86 20,30 34,04 21,55 5,52 0,260
» 180 °С, 260 г/л и 3,5 - 36,55 20,00 36,55 24,79 4,50 0,220
» 210 °С, 260 г/л - 18,80 20,10 34,39 14,10 11,90 0,570
» 210 °С, 260 г/л и 3,5 - 20,30 20,10 35,60 19,49 4,7 0,226
» 240 °С, 260 г/л - 19,27 20,10 34,04 13,21 12,00 0,580
» 240 °С, 260 г/л и 3,5 - 24,64 20,70 34,30 22,10 4,5 0,210
Проба № 2
Нет 80 °С, 150 г/л - 28,00 26,40 22,50 15,10 1,40 0,051
» 80 °С, 150 г/л и 3,5 - 28,70 27,00 23,20 15,43 1,00 0,001
» 95 °С, 150 г/л 11,96 27,56 26,20 21,58 14,36 6,30 0,230
400 95 °С, 150 г/л 12,20 27,75 26,00 21,70 7,90 6,30 0,230
600 95 °С, 150 г/л 13,06 21,93 24,40 20,58 2,88 12,00 0,480
Нет 180 °С, 150 г/л - 25,20 26,01 21,84 12,40 10,80 0,402
» 180 °С, 150 г/л и 3,5 - 27,44 25,90 22,01 10,80 12,00 0,448
» 210 °С, 150 г/л - 27,60 27,00 20,87 13,66 12,10 0,434
» 210 °С, 150 г/л и 3,5 - 24,51 26,50 20,87 13,50 12,20 0,446
» 240 °С, 150 г/л - 24,20 26,00 21,68 10,78 12,90 0,446
» 240 °С, 150 г/л и 3,5 - 27,74 26,00 20,87 13,66 12,8 0,476
Проба № 3
Нет 80 °С, 150 г/л - 21,45 14,70 53,85 21,40 0,50 0,033
» 80 °С, 150 г/л и 3,5 - 21,80 14,20 52,60 21,40 0,51 0,035
Проба № 4
Нет 95 °С, 150 г/л 8,80 17,51 14,60 53,55 20,64 1,25 0,080
400 95 °С, 150 г/л 4,75 18,83 16,00 59,02 9,12 1,30 0,080
600 95 °С, 150 г/л 8,11 15,12 14,40 56,54 1,68 5,80 0,39
Проба № 5
Нет 80 °С, 150 г/л - 17,80 18,60 54,00 25,00 0,41 0,021
» 80 °С, 150 г/л и 3,5 - 17,80 17,70 54,00 25,00 0,41 0,022
Проба № 6
Нет 95 °С, 150 г/л 6,56 22,14 22,40 40,55 25,75 0,65 0,030
400 95 °С, 150 г/л 8,22 23,12 23,40 41,30 11,52 2,56 0,100
600 95 °С, 150 г/л 11,10 21,65 20,00 36,08 3,84 8,00 0,39
*При полном разложении шамозита и образовании ГАСНа с молекулярным соотношением Ка20:А1203: БЮ2 = = 1:1:2,4 отношение №20:8Ю2 = 0,43.
Порошковые рентгенограммы шамозита весьма разнообразны. Г.В.Бриндли [1] объясняет это наличием в структуре как ортогональной, так и моноклинной формы
наложения слоев. Поскольку истинная симметрия структуры неясна, термин ортогональный здесь более приемлем, чем ромбический [5]. В большинстве случаев
ортогональная форма преобладает, моноклинная разновидность проявляется лишь в немногих линиях слабой и средней интенсивности.
Фазовый состав проб исследовался на рентгеновской установке ДРОН-0,5. Отношение интенсивностей рефлексов с d = 25 и 24 нм использовалось для оценки соотношения соответственно ортогональной и моноклинной модификаций шамозита. Учитывая изложенное, был проведен рентгеност-руктурный анализ проб исходных шамозитов и продуктов их переработки. Отсутствие первого базального отражения d = 140 нм убедительно доказывает, что исследованные шамозиты следует отнести не к хлоритам, а к минералам каолинитовой группы. Парал-
лельно рентгеноструктурному анализу проводился кристаллооптический.
Пробы шамозитов измельчались до крупности -0,147 мм. Далее часть из них подвергалась обжигу. Как видно из ди-фрактограмм (рис.1), обжиг шамозитов сопровождался его разложением. Измерения удельной поверхности образцов газохро-матографическим способом тепловой десорбции аргона и суммарного объема пор от 300 до 6^105 нм методом ртутной поро-метрии показали, что в результате разложения удельная поверхность увеличивается: 6,51 м2/г у исходных образцов и 12,27 м2/г после обжига при 600 °С. Аналогично увеличивается пористость по всем эквивалентным радиусам.
3
50 45 40 35 30 25 20 15 10 5
Угол Брега 20, град.
Рис.2. Дифрактограммы шамозита и продуктов его обжига после щелочной обработки 1 - исходный образец; температура обжига, °С: 2 - 400, 3 - 600. Продукт: V - шамозит, VI - ГАСН. Цифры у кривых - длина волны, А
Далее образцы исходных и обожженных шамозитов обрабатывались в течение 1 ч щелочными или алюминатными растворами при температуре 80-240 °С и отношении Ж:Т = 10:1 (табл.2, рис.2).
Исследования показали, что поведение шамозитов при взаимодействии со щелочными растворами зависит от соотношения ортогональной и моноклинной модификаций и степени окисленности. Окисление увеличивает неупорядочность структуры шамозита [1]. Однако предварительный обжиг в слабоокислительной среде, начиная с температуры 600 °С, эти различия сглаживает за счет практически полного разложения шамозитов с образованием аморфных оксидов алюминия и кремния. Это подтверждается общеизвестным фактом практически полного их растворения в каустической щелочи [3].
ЛИТЕРАТУРА
1. Бриндли Г.В. Рентгеновские методы изучения и структура глинистых минералов. М.: Мир, 1965. 599 с.
2. Дубовиков О.А. Поведение бокситов Среднего Тимана в процессе обжига / О.А.Дубовиков, Н.И.Еремин, А.Н.Наумчик // Цветная металлургия. 1980. № 4. С.50-52.
3. Еремин Н.И. Исследование превращений каолина химическим методом / Н.И.Еремин, М.И.Еруса-лимский // ЖПХ. 1969. Т.42. Вып.3. С.1064-1068.
4. Обжиг бокситов Курской магнитной аномалии / А.И.Иванов, Ю.К.Талько-Побыванец, В.Н.Клекль, Н.И.Го-ливкин // Цветная металлургия. 1977. № 2. С.27-30.
5. Симакова Л.Г. О поведении шамозита в процессе Байера / Л.Г.Симакова, Г.Г.Гончаров, В.И.Паукер // Цветные металлы. 1975. № 12. С.36-39.
REFERENCES
1. Brindly G. V. X-ray methods of studying and structure of clay minerals. Moscow: The World, 1965. 599 p.
2. Dubovikov O.A., NaumchikA.N, Eryomin N.I. Behavior of bauxites of Srednego Timan in the course of roasting // Nonferrous metallurgy. 1980. N 4. P.50-52.
3. Eryomin N.I., Erusalimsky M.I. The research of kaolin transformations by a chemical method // MAC. 1969. V.42. Issue 3. P.1064-1068.
4. Ivanov A.I, Talko-Pobyvanez J.K., Klekl V.N, Goliv-kin N.I. The burning roasting of bauxites of Kursk magnetic anomaly // Nonferrous metallurgy. 1977. N 2. P.27-30.
5. SimakovaL.G., Goncharov G.G., Pauker V.I. About behavior chamoisite when in use of Bayer // Nonferrous materials. 1975. N 12. P.36-39.
