CC BY
78ЭКОЛОГИЧЕСКАЯ БЕЗОПАСНОСТЬ И ЗАЩИТА ОКРУЖАЮЩЕЙ СРЕДЫ ENVIRONMENTAL SAFETY AND PROTECTION
Оригинальная статья / Original article УДК 669-1
РАЗРАБОТКА СПОСОБА ИЗВЛЕЧЕНИЯ ЗАГРЯЗНЯЮЩИХ КОМПОНЕНТОВ ИЗ ГЛИНОЗЕМСОДЕРЖАЩЕГО СЫРЬЯ ПРИ ПРОИЗВОДСТВЕ АЛЮМИНИЯ
© М.А. Максимова1
Иркутский национальный исследовательский технический университет, 664074, Россия, г. Иркутск, ул. Лермонтова, 83.
РЕЗЮМЕ. ВВЕДЕНИЕ. Образующиеся в большом количестве при производстве алюминия глиноземсодержащие отходы содержат вредные примеси, ухудшающие качество сырья и состав окружающей среды. В основном они складируются на территории отечественных заводов - по причине отсутствия эффективной экономичной технологии их переработки. Цель работы - поиск метода извлечения загрязняющих компонентов из глиноземсодер-жащего сырья при производстве алюминия. МЕТОДЫ. Объект исследования - твердые сыпучие отходы (сметки) Братского алюминиевого завода (БрАЗа) из разных мест просыпи сырья на нулевой отметке. Методы исследования: ситовой, химический, спектральный анализы; сухая магнитная сепарация со слабым, сильным магнитным полем. РЕЗУЛЬТАТЫ И ИХ ОБСУЖДЕНИЕ. Результаты лабораторных экспериментов по извлечению железа из хвостов показали необходимость первоначального извлечения фракций, содержащих кремний и кальций, для чего необходимо провести обогащение на концентрационных столах, а освобожденный от кремния и кальция продукт направить на магнитную сепарацию для выделения железа. После очистки от железа отходы предполагается возвращать в технологический процесс производства алюминия. ЗАКЛЮЧЕНИЕ. Экспериментальные исследования, проводимые на примере глиноземсодержащих отходов с отметки ±0 м различных корпусов БрАЗа дали первичные результаты, позволяющие предложить к внедрению схему гравитационно-магнитного обогащения с возможностью извлечения из отходов примесей оксидов железа и кремния с выходом 65 и 85%, соответственно. Ранее этот способ обогащения отходов производства алюминия на отечественных заводах не применялся.
Ключевые слова: алюминий, глиноземсодержащие отходы, магнитная сепарация, гравитация.
Формат цитирования: Максимова М.А. Разработка способа извлечения загрязняющих компонентов из глино-земсодержащего сырья при производстве алюминия // XXI век. Техносферная безопасность. 2016. Т. 1. № 3. С. 53-64.
DEVELOPMENT OF EXTRACTION METHOD FOR P CONTAMINANTS OF AN ALUMINA-FEEDSTOCK IN THE ALUMINUM INDUSTRY M.A. Maksimova
Irkutsk National Research Technical University, 83 Lermontov st., Irkutsk, 664074, Russia.
ABSRTACT. INTRODUCTION. Alumina-containing waste contains harmful impurities which have negative effects on raw materials quality and environment. They are stored in the territory of domestic plants because of the lack of efficient processing technologies. PURPOSE. The article aims to identify extraction methods for contaminants of an alumina-feedstock. MATERIALS AND METHODS. The research object is solid bulk waste (brooms) of Bratsk Aluminum Plant from different places of raw materials spillage at ground level. The research uses such methods as sieve, chemical, and spectral analysis, dry magnetic separation with weak and strong magnetic fields. RESULT AND DISCUSSION. The results of laboratory experiments on the extraction of iron from tailings show the need for the initial extraction of silicon and calcium containing fractions. It requires table separation and magnetic separation for a silicon and calcium-free product to extract iron. Iron-free waste must be further processed to produce aluminum. CONCLUSION. Based on the experimental studies carried out using alumina-waste at the level of ± 0 m in different BrAZ buildings, we can suggest implementation of a gravity-magnetic separation scheme which allows us to extract iron and silicon oxide with a yield of 65% and 85%, respectively from impurities waste. This method has never been applied in the domestic aluminum industry.
Максимова Марина Александровна, кандидат химических наук, доцент кафедры промышленной экологии и безопасности жизнедеятельности, e-mail: [email protected]
Maksimova Marina, Candidate of Chemical Sciences, Associate Professor of Industrial Ecology and Life Safety Department, e-mail: [email protected]
Том 1 № 3 2016 XXI ВЕК. ТЕХНОСФЕРНАЯ БЕЗОПАСНОСТЬ
Vol. 1 no. 3 2016 XXI CENTURY. TECHNOSPHERE SAFETY
Keywords: aluminum, alumina-waste, magnetic separation, gravity
For citation: Maksimova M. Development of method for extracting contaminants from the raw material alumina-aluminum production. XXI century. Technosphere Safety. 2016, vol. 1, no. 3, pp. 53-64. (In Russian)
Введение
Алюминий - металл высоких технологий, обладающий уникальными свойствами. Материалы на основе алюминия широко применяются в оборонной промышленности, автомобилестроении, авиации, строительстве и электротехнике, в производстве бытовых, пищевых и медицинских товаров. Поэтому расширение его использования в быту и технике позволит эффективно решать глобальные проблемы энергосбережения и экологической безопасности.
Получают алюминий в настоящее время преимущественно электролитическим способом, используя два типа анодов - самообжигающиеся и обожженные. Для снижения выделения вредных газов во всем мире переходят от технологии самообжигающихся анодов, или технологии Со-дерберга (Soderberg), к технологии обожженных анодов, поскольку, по мере сгорания анода Содерберга, выделяются смолистые вещества, часть из которых обладает канцерогенным эффектом. Несмотря на это, сохраняется и значительная доля отечественных заводов, которые продолжают использовать электролиз по Содербергу, так как для перевода на другую технологию необходимы значительные инвестиции и длительное время. Для повышения эколо-гичности и экономической эффективности такие предприятия успешно совершенствуют технологию Содерберга [1] .
Технологический процесс получения алюминия электролитическим способом можно представить в виде трех основных стадий:
1. Получение глинозема (А!^) из алюминиевых руд;
2. Получение алюминия из
глинозема;
3. Рафинирование алюминия.
При производстве алюминия и его сплавов любым способом всегда образуется ряд металлсодержащих отходов и пром-продуктов, количество которых определяется уровнем развития техники и технологии на конкретном предприятии. В состав неметаллической засоренности могут входить: оксиды кремния, железа, алюминия, кальция, меди, магния; влага, стекло, резина, дерево, тряпки, ветошь, уголь, керамика, фрагменты футеровки и др.
В процессе электролизного производства алюминия на отечественных алюминиевых заводах через неплотности в элементах конструкции оборудования, механизмов и моторизованной техники происходят пыление и просыпи глинозема и фтористых солей. В результате при работе пылеуборочных машин с территории одного завода ежемесячно собирается до 420 тонн глиноземсодержащих отходов, не пригодных к вторичному использованию в процессе электролиза по причине существенного загрязнения глинозема оксидами железа и кремния, что значительно понижает технико-экономические показатели процесса электролиза.
В случае же хранения мелких отходов в атмосферных условиях в течение 6 месяцев потери металла на окисление составляют 18%, а за один год до 32% металла переходит в А1(ОН)3. Поэтому глино-земсодержащие отходы также относятся к шламу электролизного производства алюминия и могут быть вторично использованы после очистки от примесей соединений железа и кремния.
ЭКОЛОГИЧЕСКАЯ БЕЗОПАСНОСТЬ И ЗАЩИТА ОКРУЖАЮЩЕЙ СРЕДЫ ENVIRONMENTAL SAFETY AND PROTECTION
шж
Том 1 № 3 2016 XXI ВЕК. ТЕХНОСФЕРНАЯ БЕЗОПАСНОСТЬ
Vol. 1 no. 3 2016 XXI CENTURY. TECHNOSPHERE SAFETY
ЭКОЛОГИЧЕСКАЯ БЕЗОПАСНОСТЬ И ЗАЩИТА ОКРУЖАЮЩЕЙ СРЕДЫ ENVIRONMENTAL SAFETY AND PROTECTION
Основными же методами вторичного использования отходов при производстве алюминия электролизом являются: получе-
ние вторичного криолита и переработка отходов подины алюминиевого электролизе-
ра2.
Источники поступления Fe2O3 и SiO2 и их влияние на качество электролизного сырья
Оксиды и другие неметаллические включения, вносимые с шихтой в печь, приводят к возникновению локальных экзотермических реакций с алюминием с выделением большого количества тепла и местному перегреву металла. Создаются условия загрязнения расплава газовыми и оксидными включениями и, следовательно, к снижению качества готовой продукции.
Средняя засоренность оксидными фракциями составляет: стружка 5-12%; шлак 10-70%; лом и кусковые отходы 1-6%.
Кремнезем вносится с шихтовыми материалами, имевшими контакт с землистыми отходами, строительными материалами. Цеховая пыль, осаждение частиц пыли из атмосферы при транспортировке и хранении может повысить содержание SiO2 в засоре до 38%. Засор, или сметки, (шлак) - это сырье электролизного производства, которое просыпается на отметке 0.00 электролизного корпуса и затем отчасти собирается и снова подается в электролизер; большая же часть накапливается на территории завода в связи с высоким содержанием Fe2O3 и SiO2.
Железо по праву считается одной из
самых вредных примесей в алюминии. Особенно это заметно при производстве изделий из литейных алюминиевых сплавов при литье в кокиль и песчаные формы. Железо вместе с алюминием и другими легирующими элементами, такими как марганец, медь, магний и кремний, образует промежуточные железосодержащие фазы, которые существенно снижают механические свойства конечного изделия.
Большое количество оксидов железа в засоре объясняется тем, что алюминиевые изделия соприкасаются со стальными деталями, содержат стальные приделки, которые поступают с шихтовыми материалами в ванну печи в сильно корродированном виде. Цеховая пыль также содержит большое количество оксидного железа. Дополнительным источником поступления оксидов железа в шлак может быть окалина от инструмента и стальных приспособлений (мешалка, короба, мульды и пр.).
Все перечисленные негативные воздействия засоренности на процессы металлургической переработки снижают технологическую ценность конкретных партий сырья и должны учитываться в определении их качества.
Материалы и методы исследования
Существует достаточное количество методов извлечения (обогащения) различных горных пород, в том числе и глинозем-содержащих отходов, к ним относятся: су-
хие и мокрые гравитационные методы; мокрая и сухая магнитная сепарация (для слабо- и сильномагнитных материалов); электрическая сепарация; флотация.
2
Галевский Г.В., Кулагин Н.М., Минцис М.Я. Экология и утилизация отходов в производстве алюминия: учеб. пособие для вузов. Новосибирск: Наука. Сибирское предприятие РАН, 1997. 159 с. Galevskii G.V., Kulagin N.M., Mintsis M.Ya. Ekologiya i utilizatsiya otkhodov v proizvodstve alyuminiya [Ecology and recycling in aluminum industry]. Novosibirsk, Nauka. Sibirskoe predpriyatie RAN Publ., 1997, 159 p. (In Russian)
Том 1 № 3 2016 XXI ВЕК. ТЕХНОСФЕРНАЯ БЕЗОПАСНОСТЬ
Vol. 1 no. 3 2016 XXI CENTURY. TECHNOSPHERE SAFETY
ЭКОЛОГИЧЕСКАЯ БЕЗОПАСНОСТЬ И ЗАЩИТА ОКРУЖАЮЩЕЙ СРЕДЫ ENVIRONMENTAL SAFETY AND PROTECTION
В то же время в Российской Федерации ежегодно добывается более 1 млрд т твердых полезных ископаемых, из которых около 40% подвергаются дальнейшему обогащению с использованием воды в качестве технологической среды, что в свою очередь связано со значительными материальными затратами на обеспечение оборотного водоснабжения и последующую сушку готового концентрата. Расход воды при обогащении составляет 5-10 м3 на тонну руды, что обусловливает ежегодное потребление более 2 млрд м3 воды, причем значительная часть этого потребления приходится на обогащение магнетитовых и гематитовых железных руд. Применение воды обусловлено необходимостью дезагрегировать рудную массу для достижения более высоких показателей по качеству концентратов и извлечению полезного компонента. На современных обогатительных предприятиях для обогащения тонкоиз-мельченных слабомагнитных руд черных металлов применяют мокрую магнитную
к/
сепарацию с использованием сепараторов с сильным полем. Однако применение мокрой магнитной сепарации в районах с дефицитом технологической воды либо ее отсутствием вызывает большие трудности при обогащении.
В условиях постоянного роста стоимости сырья и его значительной доли в себестоимости электролитического алюминия, а также ужесточения политики Правительства РФ в области образования и складирования отходов производства, было намечено провести поиск метода извлечения загрязняющих компонентов из глино-земсодержащего сырья.
Объектом исследования были твердые сыпучие отходы (сметки) Братского алюминиевого завода с разных мест про-сыпи сырья на нулевой отметке, которые образуются и складируются на территории завода в объеме до 15000 т/год. Средняя цена 1 тонны таких сметок составляет 28000 руб.
Результаты исследования
Ориентировочный состав глинозем-содержащего сырья с алюминиевых заво-
дов ОАО «РУСАЛ Красноярск» приведен в табл. 1.
Состав глиноземсодержащего сырья Composition of glinozemsoderzhashchy raw materials
Таблица 1 Table 1
Содержание, % / Contents, % F Al Na NaF F в NaF F в AlF3 AlF3 Al в AlF3 Al в Al2O3 Al2O3 SiO2 Fe2O3
Сметки ПУМ / Wit of PUM 13,31 32,29 4,48 8,18 3,70 9,61 14,16 4,55 27,74 52,39 1,00 1,55
Отсев сметок с отм. 0 (соломотряс) / Elimination a smetok from a mark 0 15,4 29,2 7,65 13,97 6,32 9,08 13,38 4,3 24,9 47,03 0,73 0,5
Том 1 № 3 2016 Vol. 1 no. 3 2016
XXI ВЕК. ТЕХНОСФЕРНАЯ БЕЗОПАСНОСТЬ XXI CENTURY. TECHNOSPHERE SAFETY
ЭКОЛОГИЧЕСКАЯ БЕЗОПАСНОСТЬ И ЗАЩИТА ОКРУЖАЮЩЕЙ СРЕДЫ ENVIRONMENTAL SAFETY AND PROTECTION
Согласно табл. данным, для возможности вторичного использования сметок в качестве электролизного сырья необходимо снизить в них массовую долю примесей железа до 0,2% в пересчете на Fe2O3, кремния до 0,3% в пересчете на SiO2, то есть более чем на 50%.
Для определения статистически значимого усредненного химического состава глиноземсодержащего сырья был проведен химический анализ проб в соответствии с аттестованной методикой3.
Результаты химического анализа усредненных проб представлены в табл. 2.
Из табл. 2 видно, что наибольшее содержание оксида железа приходится на пробу цеха I, а оксида кремния - на пробу цеха III с кучи и ЦПЛ.
Изучение состава материала определялось гранулометрически с помощью ситового анализа по классам +5 мм; +1 мм; +0.71 мм; +0.40 мм.
Результаты ситового и химического анализа на содержание компонентов железа и кремния в соединениях по пяти классам крупности и их массовое и процентное распределение представлены в табл. 3-14.
Результаты химического анализа проб Sample analysis results
Таблица 2 Table 2
Шифр пробы / Sample code Массовая доля элемента, % / Mass fraction of an element, %
Al Fe2Ü3 SiO2
I просев / First sifting 38,4 0,235 0,62
III просев / Third sifting 41,3 0,84 0,84
III куча / III heap 29,6 0,363 2,88
ЦПЛ / CPL 34,6 0,467 2,05
13-14 север / 13-14 North 38,2 0,196 0,52
15-16 юг/ 15-16 South 28,6 0,359 1,96
Таблица 3
Распределение SiO2 по классам крупности продукта I
Table 3
Distribution of SiO2 by classes a product I size_
Класс крупности / Size Выход класса / Size yield Содержание SiO2, % / Content of SiO2, % Количество SiO2, г / Quantity of SiO2 Распределение, % / Distribution, %
г/g %
+1 64 16,67 1,85 1,184 52,51
-1 + 0.1 46 11,98 1,36 0,63 27,93
-0.1 +0,071 мм 132 34,38 0,167 0,22 9,76
-0,071 + 0,040 мм 78 20,31 0,194 0,15 6,65
0.04 -0,040 мм 64 16,67 0,111 0,07 3,1
Всего / In total 384 100 3,682 2,255 100
3
СТО АЦ 3.001-2011 «ИСП - Определение массовых долей элементов в горных породах». «ISP - Opredelenie massovykh dolei elementov v gornykh porodakh» [STO ATs 3.001-2011 "ISP - Definition of mass fractions of elements in rocks"].
Том 1 № 3 2016 XXI ВЕК. ТЕХНОСФЕРНАЯ БЕЗОПАСНОСТЬ
Vol. 1 no. 3 2016 XXI CENTURY. TECHNOSPHERE SAFETY
ЭКОЛОГИЧЕСКАЯ БЕЗОПАСНОСТЬ И ЗАЩИТА ОКРУЖАЮЩЕЙ СРЕДЫ ENVIRONMENTAL SAFETY AND PROTECTION
Таблица 4
Распределение Fe2O3 по классам крупности продукта I
Table 4
Distribution of Fe2O3 by classes a prod Uct I size
Класс крупности / Size Выход класса / Size yield Содержание Fe2O3, % / Content of Fe2Oa, % Количество Fe2Oa, г / Quantity of Fe2Oa Распределение, % / Distribution, %
г/g %
+1 64 16,67 0,51 0,326 36,5
-1 +0.1 46 11,98 0,63 0,29 32,43
-0.1 +0,071 мм 132 34,38 0,088 0,116 12,99
-0,071 + 0,040 мм 78 20,31 0,147 0,115 12,8
0.04 -0,040 мм 64 16,67 0,074 0,047 5,28
Всего / In total 384 100 1,449 0,894 100
Таблица 5
Распределение SiO2 по классам крупности пробы III (просев)
Table 5
Distribution of SiO2 by classes of sample II I (sifting) size
Класс крупности / Size Выход класса / Size yield Содержание SiO2, % / Content of SiO2, % Количество SiO2, г / Quantity of SiO2 Распределение, % / Distribution, %
г/g %
+1 16 7,02 4,35 0,7 24,40
-1 +0.1 14 6,14 7,19 1,007 35,28
-0.1 +0,071 мм 116 50,88 0,57 0,66 23,17
-0,071 + 0,040 мм 42 18,42 0,64 0,27 9,42
0.04 - 0,040 мм 40 17,54 0,55 0,22 7,71
Всего / In total 228 100 - 2,857 100
Таблица 6
Распределение Fe2O3 по классам крупности пробы III (просев)
Table 6
Distribution of Fe2O3 onby classes of sample III (sifting)size (sifting)_
Класс крупности / Size Выход класса / Size yield Содержание Fe2O3, % / Content of Fe2O3, % Количество Fe2O3, г / Quantity of Fe2O3 Распределение, % / Distribution, %
г/g %
+1 16 7,02 0,84 0,134 10,7
-1 +0.1 14 6,14 2,92 0,41 32,53
-0.1 +0,071 мм 116 50,88 0,345 0,4 31,84
-0,071 + 0,040 мм 42 18,42 0,359 0,15 11,99
0.04 -0,040 мм 40 17,54 0,406 0,16 12,92
Всего / In total 228 100 - 1,256 100
Том 1 № 3 2016 XXI ВЕК. ТЕХНОСФЕРНАЯ БЕЗОПАСНОСТЬ
Vol. 1 no. 3 2016 XXI CENTURY. TECHNOSPHERE SAFETY
ЭКОЛОГИЧЕСКАЯ БЕЗОПАСНОСТЬ И ЗАЩИТА ОКРУЖАЮЩЕЙ СРЕДЫ ENVIRONMENTAL SAFETY AND PROTECTION
Таблица 7
Распределение SiÜ2 по классам крупности продукта III (куча)
Table 7
Distribution of SiO2 by classes of product III (heap) size
Класс крупности / Size Выход класса / Size yield Содержание SiO2, % / Content of SiO2, % Количество SiO2 , г / Quantity of SiO2 Распределение, % / Distribution, %
г/g %
+1 106 30,64 2,87 3,04 42,87
-1 + 0.1 52 15,03 3,01 1,57 22,05
-0.1 +0,071 мм 104 30,06 0,52 0,54 7,62
-0,071 + 0,040 мм 50 14,45 3,3 1,65 23,24
0.04 - 0,040 мм 34 9,83 0,88 0,3 4,22
Всего / In total 346 100 - 7,1 100
Таблица 8
Распределение Fe2O3 по классам крупности продукта III (куча)
Table 8
Distribution of Fe2O3 by classes of product III (heap) size_
Класс крупности / Size Выход класса / Size yield Содержание Fe2O3, % / Content of Fe2O3, % Количество Fe2O3 , г/ Quantity of Fe2O3 Распределение, % / Distribution, %
г/g %
+1 106 30,64 1,48 1,57 45,87
-1 + 0.1 52 15,03 3,02 1,57 45,91
-0.1 +0,071 мм 104 30,06 0,155 0,16 4,71
-0,071 + 0,040 мм 50 14,45 0,107 0,05 1,57
0.04 -0,040 мм 34 9,83 0,195 0,07 1,94
Всего / In total 346 100 - 3,416 100
Таблица 9
Распределение SiÜ2 по классам крупности продукта ЦПЛ
Table 9
Distribution of SiO2 by cl asses of a CPL product size
Класс крупности / Size Выход класса / Size yield Содержание SiO2, % / Content of SiO2, % Количество SiO2, г / Quantity of SiO2 Распределение, % / Distribution, %
г/g %
+1 88 25,58 1, 9 1,57 35,93
-1 +0.1 50 14,53 4,28 2,14 48,8
-0.1 +0,071 мм 172 50,00 0,327 0,56 12,83
-0,071 + 0,040 мм 8 2,33 0,325 0,026 0,6
0.04 -0,040 мм 26 7,56 0,309 0,08 1,84
Всего / In total 344 100 - 4,38 100
Том 1 № 3 2016 XXI ВЕК. ТЕХНОСФЕРНАЯ БЕЗОПАСНОСТЬ
Vol. 1 no. 3 2016 XXI CENTURY. TECHNOSPHERE SAFETY
ЭКОЛОГИЧЕСКАЯ БЕЗОПАСНОСТЬ И ЗАЩИТА ОКРУЖАЮЩЕЙ СРЕДЫ ENVIRONMENTAL SAFETY AND PROTECTION
Таблица 10
Распределение Fe2O3 по классам крупности продукта ЦПЛ
Table 10
Distribution of Fe2O3 by c lasses of a CPL product size
Класс крупности / Size Выход класса / Size yield Содержание Fe2O3, % / Content of Fe2O3, % Количество Fe2Oa, г / Quantity of Fe2O3 Распределение, % / Distribution, %
г/g %
+1 88 25,58 0,502 0,44 35,43
-1 + 0.1 50 14,53 0,84 0,42 33,66
-0.1 +0,071 мм 172 50,00 0,186 0,32 25,66
-0,071 + 0,040 мм 8 2,33 0,247 0,02 1,57
0.04 -0,040 мм 26 7,56 0176 0,046 3,67
Всего / In total 344 100 - 1,246 100
Таблица 11
Распределение SiO2 по классам крупности пробы 13-14 север
Table 11
Distribution of SiO2 by classes of a sample size 13-14 North_
Класс крупности / Size Выход класса / Size yield Содержание SiO2, % / Maintenance of SiO2, % Количество SiO2, г / Quantity of SiO2 Распределение, % / Distribution, %
г/g %
+1 52 16,35 1,4 0,73 23,99
-1 + 0.1 38 11,95 3,18 1,21 39,83
-0.1 +0,071 мм 126 39,62 0,47 0,6 19,52
-0,071 + 0,040 мм 60 18,87 0,57 0,34 11,27
0.04 -0,040 мм 42 13,21 0,398 0,17 5,4
Всего / In total 318 100 - 3,05 100
Таблица 12
Распределение Fe2O3 по классам крупности пробы 13-14 север
Table 12
Distribution of Fe2O3 by classes of a sample size 13-14 North_
Класс крупности / Size Выход класса / Size yield Содержание Fe2O3, % / Content of Fe2O3, % Количество Fe2O3, г / Quantity of Fe2O3 Распределение, % / Distribution, %
г/g %
+1 52 16,35 0,47 0,244 23,12
-1 + 0.1 38 11,95 1,19 0,45 42,6
-0.1 +0,071 мм 126 39,62 0,163 0,205 19,35
-0,071 + 0,040 мм 60 18,87 0,126 0,07 7,13
0.04 -0,040 мм 42 13,21 0,205 0,08 8,09
Всего / In total 318 100 - 1,055 100
Том 1 № 3 2016 XXI ВЕК. ТЕХНОСФЕРНАЯ БЕЗОПАСНОСТЬ
Vol. 1 no. 3 2016 XXI CENTURY. TECHNOSPHERE SAFETY
ЭКОЛОГИЧЕСКАЯ БЕЗОПАСНОСТЬ И ЗАЩИТА ОКРУЖАЮЩЕЙ СРЕДЫ ENVIRONMENTAL SAFETY AND PROTECTION
Таблица 13
Распределение SiÜ2 по классам крупности пробы 15-16 юг
Table 13
Distribution of SiÜ2 by classes of a sample size 15-16 South_
Класс крупности / Size Выход класса / Size yield Содержание SiO2, % / Content of SiO2, % Количество SiO2, г / Quantity of SiO2 Распределение, % / Distribution, %
г/g %
+1 90 27,95 3,44 3,1 30
-1 + 0.1 50 15,53 6,1 3,05 29,57
-0.1 +0,071 мм 116 36,04 1,65 1,91 18,56
-0,071 + 0,040 мм 40 12,42 4,12 1,65 15,97
0.04 -0,040 мм 26 8,07 2,34 0,61 5,89
Всего / In total 322 100 - 10,32 100
Таблица 14
Распределение Fe2O3 по классам крупности пробы 15-16 юг
Table 14
Distribution of Fe2O3 by classes of a sample size 15-16 South_
Класс крупности / Size Выход класса / Size yield Содержание Fe2O3, % / Content of Fe2O3, % Количество Fe2O3, г / Quantity of Fe2O3 Распределение, % / Distribution, %
г/g %
+1 90 27,95 0,445 0,4 30,86
-1 + 0.1 50 15,53 1,18 0,59 45,47
-0.1 +0,071 мм 116 36,04 0,165 0,19 14,76
-0,071 + 0,040 мм 40 12,42 0,141 0,056 4,34
0.04 -0,040 мм 26 8,07 0,228 0,06 4,56
Всего / In total 322 100 - 1,295 100
Обсуждение результатов
Из данных табл. 3-14 видно, что все пробы наиболее загрязнены оксидом кремния, нежели оксидом железа, особенно загрязнены пробы из цеха III с кучи, 15-16 юг и 13-14 север. Большее содержание оксидов железа приходится на пробу цеха III с кучи. Наибольший массовый выход всех проб приходится на классы крупности +1 мм и -1 ■ +0,1 мм; в некоторых случаях и на класс крупности -0,1 ■ +0,071 мм.
Распределение оксида железа во
всех пробах в классах крупности 0,071 мм и мельче соответствует такому количеству примеси, которое считается незначительным и не требует извлечения, поскольку не будет оказывать негативного влияния на качество сырья.
Что касается распределения оксида кремния, максимальное его количество также во всех шести пробах приходится на классы крупности +1 мм и -1 ■ +0,1 мм. В пробе цеха III с кучи достаточно большое
Том 1 № 3 2016 XXI ВЕК. ТЕХНОСФЕРНАЯ БЕЗОПАСНОСТЬ
Vol. 1 no. 3 2016 XXI CENTURY. TECHNOSPHERE SAFETY
ЭКОЛОГИЧЕСКАЯ БЕЗОПАСНОСТЬ И ЗАЩИТА ОКРУЖАЮЩЕЙ СРЕДЫ ENVIRONMENTAL SAFETY AND PROTECTION
количество примеси содержится и в классе -0,071 ■ +0,04 мм.
Таким образом, в классах крупности меньше 0,071 мм содержится уже такое количество оксида железа (<0,3%), очисткой которого можно было бы пренебречь и возвратить просыпи в процесс. Что касается оксида кремния, незначительные его количества (<0,3%) содержатся только в пробе цеха I в меньших классах.
Соответственно, отделение меньших классов крупности на первом этапе переработки глиноземсодержащего сырья не позволит возвратить даже часть таких отходов снова в процесс без дополнительной очистки от оксидов кремния.
На основе полученных данных о распределении примесей в пробах и их составе и литературного обзора [2] был произведен поиск наиболее рационального способа переработки сыпучих отходов алюминиевого производства4.
В Российской Федерации ежегодно добывается более 1 млрд т твердых полезных ископаемых, из которых около 40% подвергаются дальнейшему обогащению с использованием воды в качестве технологической среды, что в свою очередь связано со значительными материальными затратами на обеспечение оборотного водоснабжения и последующую сушку готового концентрата. Известно также, что с помощью мокрой магнитной сепарации успешно извлекаются минералы, обладающие повышенными магнитными свойствами, но она неприменима к целой гамме слабомагнитных минералов, в том числе к гематиту (РвгОз) и кварцу (БЮг). Поэтому применение мокрой магнитной сепарации в районах с дефицитом технологической воды либо ее отсутствием вызывает большие трудности при обогащении.
Известно, что оксид кремния находится в горных породах как в свободном виде, так и в аморфном состоянии, и в сростках. Особенно много сростков приходится на долю крупных фракций (до фракции +0,2 мм) с выходом до 60%. Этим можно объяснить наибольшее содержание оксида кремния именно в крупных фракциях исследуемых проб. Специалисты отмечают, что класс раскрытия сростковых фракций основных полезных компонентов приходится на диапазон 0,315-0,16 мм. Необходимое измельчение достигается с помощью стержневой загрузки мельницы.
Таким образом, для наиболее эффективного извлечения железосодержащих примесей и оксида кремния из глиноземсо-держащих отходов, согласно экспериментально полученным данным о распределении примесей в пробах и их составе, можно предложить следующую схему гравитационно-магнитного обогащения, позволяющую извлечь загрязняющие примеси с выходом 61-88% (рисунок).
Для обработки технологических параметров процесса очистки исследуемой просыпи был проведен ряд лабораторных экспериментов на опытном оборудовании ИРНИТУ. Предварительно измельченные пробы (растертые в ступе) с наибольшим содержанием оксида железа - из цеха III с кучи (+1 мм) и 15-16 юг (+1 мм) подвергались «сухой» электромагнитной сепарации с сильным магнитным полем на электромагнитном валковом сепараторе ЭВС-10/5. Перечистку немагнитной фракции проводили трижды.
С помощью рентгенофазового анализа была предпринята попытка установить структуру соединений магнитной и немагнитной фракций. Результат нельзя назвать положительным из-за очень боль-
4Пат. № 2149702. Российская Федерация. № 99100213/03. Электромагнитный сепаратор: с перемещением материала с помощью подвижных полей; заявл. 05.01.1999; опубл. 27.05.2000.
Electromagnetic separator: removing the material by means of mobile fields. Patent of the RF, no. 99100213.03, 2000.
Том 1 № 3 2016 XXI ВЕК. ТЕХНОСФЕРНАЯ БЕЗОПАСНОСТЬ
Vol. 1 no. 3 2016 XXI CENTURY. TECHNOSPHERE SAFETY
ЭКОЛОГИЧЕСКАЯ БЕЗОПАСНОСТЬ И ЗАЩИТА ОКРУЖАЮЩЕЙ СРЕДЫ ENVIRONMENTAL SAFETY AND PROTECTION
шж
шого числа находящихся рядом спектров и трудностью их расшифровки. Так, во всех пробах - до и после магнитного разделения - определенный состав был следующим: ^СазА^^ - 5-12%; N83^6 - 58-69%; А!3р14Ма5 - 13-22%, А1203 - 5-9%. Посколь-
ку не было получено достоверной информации о том, в виде какого соединения присутствует кальций в сметках, его пересчет не проводился. Результаты спектрального анализа представлены в табл. 15.
Схема гравитационно-магнитного обогащения Scheme of gravitational and magnetic enrichment
Таблица 15
Результаты спектрального анализа фракций после электромагнитной сепарации, %, (в скобках % в пересчете на оксиды)
Table 15
Results of the spectral fractions analysis after electromagnetic separation, %,
(in brackets % n terms of oxides)
Элемент/ element 15-16 юг, до магнитной сепарации / 15-16 South, before magnetic separation 15-16 юг, магнитная часть/ 15-16 South, magnetic part 15-16 юг, немагнитная часть / 15-16 South, non-magnetic part III куча, до магнитной сепарации / III heap, before magnetic separations III куча, магнитная часть / III heap, magnetic part III куча, немагнитная часть / III heap, nonmagnetic part
Si 5 (10,71) 8 (17,14) 3 (6,43) 3 (6,43) 5 (10,71) 3 (6,43)
Fe 0.6 (1,71) 4 (11,43) 0.5 (1,43) 0.8 (2,29) 4 (11,43) 1 (2,86)
Ca 0.4 3 8 0.5 4 4
Я
Том 1 № 3 2016 Vol. 1 no. 3 2016
XXI ВЕК. ТЕХНОСФЕРНАЯ БЕЗОПАСНОСТЬ XXI CENTURY. TECHNOSPHERE SAFETY
63
ЭКОЛОГИЧЕСКАЯ БЕЗОПАСНОСТЬ И ЗАЩИТА ОКРУЖАЮЩЕЙ СРЕДЫ ENVIRONMENTAL SAFETY AND PROTECTION
Из табл. 15 следует, что при воздействии сильного магнитного поля происходит намагничивание как железосодержащих материалов, так и кальций- и кремний-содержащих. Также отчетливо видно, что в магнитных фракциях содержится очень незначительное количество оксида железа. Интересно и то, что в магнитную фракцию попадает и достаточное количество оксида кремния, а в пробе 15-16 юг его количество даже превышает количество оксида железа, что можно объяснить нахождением этих материалов в сростках и других сложных
формах нахождения в руде.
Результаты лабораторных экспериментов по извлечению железа из хвостов показали необходимость первоначального извлечения фракций, содержащих кремний и кальций. Для этого необходимо провести обогащение на концентрационных столах, а освобожденный от кремния и кальция продукт направить на магнитную сепарацию для выделения железа. После очистки от железа отходы предполагается возвращать в технологический процесс производства алюминия.
Заключение
Таким образом, экспериментальные исследования, проводимые на примере шести проб глиноземсодержащих отходов с отметки ±0 м различных корпусов БрАЗа, дали первичные результаты, позволяющие предложить к внедрению схему гравитационно-магнитного обогащения отходов алюминиевого производства для извлечения примесей оксидов железа и кремния с выходом 65 и 85% соответственно. Что позволит повысить технико-экономические по-
казатели производства алюминия, то есть выход металла и его качество, снизить расход сырья, следовательно и себестоимость 1 т алюминия.
Внедрение предложенной схемы гравитационно-магнитного обогащения глиноземсодержащих отходов позволит сэкономить на сырье таким заводам, как БрАЗ, около 6,614 млн $, или 363,793 млн руб.
Библиографический список
1. Новоселова Е. Оценка тенденций развития оте- фективности разделения техногенных отходов же-чественного и мирового рынка алюминия // Дело и лезных руд // Вестник МГТУ. 2009. Т. 12. № 4. сервис. 2004. № 1. С. 9-13. С. 619-623.
2. Скороходов В.Ф., Хохуля М.С. Повышение эф-
References
1. Novoselova E. Otsenka tendentsii razvitiya otech-estvennogo i mirovogo rynka alyuminiya [Assessment of development trends for domestic and world aluminum markets]. Delo i servis [Business and service]. 2004, no. 1, pp. 9-13. (In Russian)
Критерий авторства
Максимова М.А. обладает на статью авторскими правами и несет ответственность за плагиат.
Конфликт интересов
Автор заявляет об отсутствии конфликта интересов.
Статья поступила 28.08.2016 г.
2. Skorokhodov V.F., Khokhulya M.S. Povyshenie effektivnosti razdeleniya tekhnogennykh ot-khodov zheleznykh rud [Increase in efficiency of division of technogenic waste of iron ores]. Vestnik MGTU [Bulletin of MSTU]. 2009, vol. 12, no. 4, pp. 619-623. (In Russian)
Authorship criteria
Maksimova M.A. has full authors' rights to the article and is responsible for plagiarism.
Conflict of interests
The author declares no conflict of interests.
The article was received 28 August 2016
Том 1 № 3 2016 Vol. 1 no. 3 2016
XXI ВЕК. ТЕХНОСФЕРНАЯ БЕЗОПАСНОСТЬ XXI CENTURY. TECHNOSPHERE SAFETY
