CC BY
38
УДК 669.712
B.М.СИЗЯКОВ, д-р техн. наук, профессор, (812)328-82-65 Е.С.КОНОНЕНКО, аспирант, (812)328-84-59
Национальный минерально-сырьевой университет «Горный», Санкт-Петербург
C.Н.МАКАРОВ, начальник цеха
ЗАО «БАЗЭЛЦЕМЕНТ-Пикалево», г. Пикалево
V.M.SIZYAKOV, Dr. in eng. sc.,professor, (812)328-82-65
E.S.KONONENKO, post-graduate student, (812)328-84-59
National Mineral Resources University (Mining University), Saint Petersburg
S.N.MAKAROV, the foreman
ZAO «BASELCEMENT-Pikalevo», Pikalevo
ТЕХНОЛОГИЯ СВЕРХГЛУБОКОГО ОБЕСКРЕМНИВАНИЯ С ДРОБНОЙ ДОЗИРОВКОЙ ГИДРОКАРБОАЛЮМИНАТА
КАЛЬЦИЯ
Приведены результаты промышленных испытаний технологии сверхглубокого обес-кремнивания алюминатных растворов при дробной дозировке гидрокарбоалюмината кальция 4CaO-Al2O3-0,5CO2-11H2O. За счет данного технологического решения были получены растворы с повышенным кремниевым модулем (весовое отношение Al2O3/SiO2) без увелечения расхода извести.
Ключевые слова: алюминатный раствор, сверхглубокое обескремнивание, гидрокар-боалюминат, кремниевый модуль.
TECHNOLOGY SUPER DEEP DESILICONIZATION WITH FRACTIONAL DOSE HYDROCARBOALUMINATE OF CALCIUM
The result of industrial tests of the technology super deep desiliconization of alumina liquors with fractional dose hydrocarboaluminate of calcium 4CaO-Al2O3-0,5CO2-11H2O. Due to this technology solution alumina liquors with higher silicon module (relative weight Al2O3/SiO2) without increasing lime carbonate expenditure.
Key words: alumina liquors, super deep desilication, hidrocarboalyuminat, silicon module.
Основной задачей при переработке низкокачественного высокремнистого сырья является разделение несовместимых в производстве алюминия элементов А1(111) и 81(ГУ). В 90-е годы прошлого века на Пика-левском глиноземном комбинате достигнуто глубокое химическое разделение этих элементов [1-3]. Содержание 8Ю2 снижено с 44 % в исходном нефелине до 0,02 % в продукционном глиноземе.
По существующей технологии обес-кремнивающий агент - гидрокарбоалюми-нат кальция (ГКАК) подается в головной реактор (рис.1).
В связи с резким повышением кремния в известковом молоке была опробована схема с дробной дозировкой: в головной аппарат подавалась основная масса ГКАК по ранее используемой схеме, управление велось с помощью САР, во второй аппарат ГКАК подавался по временной схеме, управление велось вручную (рис.2). Было проведено круглосуточное обследование передела сверхглубокого обескремнивания: через 4 ч отбирались пробы растворов по длине нитки, в которых определялось содержание КаОобщ; А12О3; КаОку; 8Ю2. Химические составы
31
Алюминатный раствор
ГКАК
Рис.1. Аппаратурно-технологическая схема процесса сверхглубокого обескремнивания Пикалевского глиноземного завода
Алюминатный раствор
ГКАК
ГКАК
-о -о t>Ua
ю
Рис.2. Аппаратурно-технологическая схема процесса сверхглубокого обескремнивания с дробной дозировкой
растворов, извести и известкового молока взяты по сводкам анализов глиноземного производства.
Промышленные испытания были разбиты на четыре этапа:
1) содержание в известковом молоке 8Ю2 < 1 % - обычная дозировка ГКАК;
2) резкое повышение 8Ю2 в известковом молоке - обычная дозировка ГКАК;
3) повышенное содержание 8Ю2 в известковом молоке - дробная дозировка ГКАК. Проведение обследования;
4) низкое содержание 8Ю2 в известковом молоке - дробная дозировка ГКАК.
Сравнивая этапы 1 и 3, отметим, что даже при увеличении содержания вЮ2 в известковом молоке в 2 раза и сокращении
времени обескремнивания на 18,4 % дробная дозировка карбоалюминатов обеспечила практически одинаковый кремниевый модуль алюминатных растворов (табл.1). Однако при этом расход извести на обес-кремнивание увеличен с 6,8 до 10 г/л по СаОакт (на 47 %).
Анализ этапов 2 и 3 показывает, что при относительно одинаковых времени обескремнивания и расходе извести при дробной дозировке карбоалюминатов их удельный расход снизился на 7 %, кремниевый модуль алюминатных растворов после обескремнивания увеличился на 36,2 %. При этом произошло снижение содержания 8Ю2 в известковом молоке на 44,8 %.
Таблица 1
Результаты обследования и химические анализы процесса сверхглубокого обескремнивания
Известковое молоко Удельный
Этапы Q, м3/ч т, ч СаОакт, г/л SiO2, % расход ГКАК, м3/м3 СаОв„, г/л ^ал.р-ра / Vca(OH)2 Msi
1 240 3,8 207,7 0,74 0,17 6,8 2,4 7434
2 295 3 223,9 2,52 0,184 10,1 2,2 5336
3 288 3,1 209,2 1,39 0,171 10 2,4 7267
4 259 3,5 213 0,38 0,154 5,8 2,4 7977
ISSN 0135-3500. Записки Горного института. Т.202
Таблица 2
Материальный баланс кремния процесса сверхглубокого обескремнивания
Этапы Приход $Ю2 Расход $Ю2
с раствором с ГКАК с раствором с ГГШ
кг/ч % кг/ч % кг/ч % кг/ч %
1 52,46 70,8 21,66 29,2 3,355 4,5 70,77 95,5
2 48,248 27,1 129,64 72,9 4,74 2,7 173,155 97,3
3 54,418 40,8 78,95 59,2 3,54 2,7 129,82 97,3
4 47,232 82,7 9,9 17,3 2,88 5 54,25 95
При хорошем качестве известкового молока (этапы 1,4) даже при снижении времени обескремнивания (на 8 %) при дробной дозировке карбоалюминатов снизился их удельный расход (на 9,4 %) и расход извести (на 14,7 %). При этом наблюдается рост кремниевого модуля алюминатных растворов (на 7,3 %).
По вышеуказанным данным выполнен расчет материального баланса 8Ю2 на переделе сверхглубокого обескремнивания (табл.2). Баланс показывает, что кремнезем, введенный с известковым молоком, в процессе сверхглубокого обескремнивания будет растворен и переосажден в виде гидрогранатового шлама (ГГШ) с большей или меньшей степенью насыщения по 8Ю2.
Рассмотрим кинетические изменения кремниевого модуля по аппаратам при дробной и обычной дозировке (рис.3).
При обычной дозировке карбоалюми-натов темпы роста в 3-м реакторе заметно снижаются, очевидно, за счет пассивирования активной добавки продуктами обес-кремнивания и протекания процесса путем насыщения кремнеземом в уже сформиро-
Рис.3. Кинетика изменения кремниевого модуля 1 - дробная дозировка карбоалюмината; 2 - обычная дозировка ГКАК
ванное соединение 3СаО-А12О3-6Н2О (С3АН6). Добавка свежего карбоалюмината во 2-й реактор даже в небольшом количестве (порядка 7 % от общего) заметно улучшает процесс обескремнивания как во 2-м, так и в 3-м аппаратах. Кремниевый модуль продолжает расти даже в сгустителе, несмотря на заметное увеличение времени обескрем-нивания. Свежая доза карбоалюмината вновь создает условия, при которых скорость построения кристаллической решетки С3АН6 приближается к скорости изоморфного обмена кремнекислородных и гидро-ксидных ионов, т. е. реакция обескремнива-ния из области твердофазной диффузии переходит в область химической кинетики. При этом главная стадия реакции образования гидрогранатов [8Ю4]4- О 4(ОН)~ протекает практически через раствор, когда трех-кальциевый гидроалюминат в структурированном растворе только начинает выстраивать сложный гидроксокомплекс типа СахА1уОН2, подобный будущей кубической структуре С3АН6 [4]. Также необходимо учесть, что в третьем этапе испытаний содержание 8Ю2 в известковом молоке более чем в 2 раза превысило норму.
Следует обратить внимание на изменение концентраций А12О3 и 8Ю2 по реакторам (табл.3). Заметное снижение содержания
Таблица 3
Изменение концентраций по длине технологической нитки
Концентрация по аппаратам, г/л
Содержание Исходный раствор 1-й реактор 2-й реактор 3-й реактор Слив сгустителя
А12О3 бЮ2 ак 82,9 0,161 1,56 79,2 0,059 1,63 78,9 0,014 1,65 78,6 0,009 1,65 77,9 0,008 1,66
А120з в алюминатном растворе наблюдается в 1-м реакторе, далее снижение незначительное. В то же время содержание SiO2 в растворе падает более высокими темпами, следовательно, в процессе обескремнивания с дробной дозировкой потери А120з не увеличиваются.
Полученные в результате промышленных испытаний данные показали, что дробная дозировка гидрокарбоалюминатов на сверхглубокое обескремнивание повышает степень обескремнивания без увеличения расхода извести при низком качестве известкового молока, а при увеличении расхода суспензии во 2-м реакторе до 10-15 % в алюминатном растворе оставались практически следы SiO2.
Работа выполнена при финансовой поддержке Министерства образования и науки Российской Федерации (Государственный контракт № 16.525.11.5004 от 20 мая 2011 г.).
ЛИТЕРАТУРА
1. Пат.1556525 РФ. Способ получения ненасыщенного твердого раствора ангидрида серной кислоты и (или) угольной кислоты в четырехкальциевом гидроалю-
минаторе / В.М.Сизяков, Х.А.Бадальянц, И.М.Костин, Е.А.Исаков. Опубл. 15.12.1994.
2. Сизяков В.М. Модернизация технологии комплексной переработки кольских нефелиновых концентратов на Пикалевском глиноземном комбинате // Сб. докл. II Междунар. конгресса «Цветные металлы -2010». Красноярск, 2-4 сентября 2010 г.
3. Сизяков В.М. 80 лет алюминиевой промышленности России (Историко-аналитический обзор) // Цветные металлы. 2012. № 5.
4. Сизяков В.М. О механизме перехода гидрокар-боалюмината кальция в трехкальциевый гидроалюминат // Журнал прикладной химии. 1998. Вып.6. Т.71.
REFERENCES
1. Pat.1556525 Russian Federation. A method of producing an unsaturated solid solution of anhydride sulfuric acid and/or carbonic acid in the tetracalcium hydroalumi-nater // V.M.Sizyakov, H.A.Badalyants, I.M.Kostin, E.A.Isakov. Publ.15.12.1994.
2. Sizjakov V.M. Modernization of technology of complex processing of Kola nepheline concentrates on ikalevo aluminous combine // StP. Reports of II International Congress «Nonferrous metals-2010». Krasnoyarsk, September 2-4, 2010.
3. Sizjakov V.M. 80 years of aluminum industry in Russia (a historical and analytical review) // Nonferrous metals 2012. N 5.
4. Sizjakov V.M. On the mechanism of transition hy-drocarboaluminates calcium tricalcium hydroaluminates // Journal of application chemistry. 1998. Is.6. Vol.71.
34 -
ISSN 0135-3500. Записки Горного института. T.202
