CC BY
46
УДК 622.342.1
Мари Констанс Беавоги, Б.Г. Балмаев
ВЛИЯНИЕ ГРАНУЛОМЕТРИЧЕСКОГО СОСТАВА БОКСИТА НА СТЕПЕНЬ ИЗВЛЕЧЕНИЯ НА ГЛИНОЗЕМНОМ ЗАВОДЕ ФРИА (РЕСПУБЛИКА ГВИНЕЯ)
Выщелачивание боксита по процессу Байера, должно проводиться в условиях строгого соблюдения технологических параметров, применяемых на заводе: времени выщелачивания, концентрации содового раствора, температурного режима и отношения глинозем — щелочь. Особое внимание заслуживает гранулометрический состав боксита, так как анализ процесса измельчения показывает наличие большого количества недоиз-мельченных частиц, что приводит к потерям глинозема, уносимого с красным шламом. Приведен анализ гранулометрического состава боксита для выщелачивания и предложен способ устранения данного недостатка внедрением операции классификации измельченного боксита.
Ключевые слова: боксит, измельчение, выщелачивание, процесс Байера, гранулометрический анализ.
Введение
Республика Гвинея имеет приблизительно треть запасов лучших бокситов в мире. Запасы оцениваются более 20 млрд т, с высоким содержанием (42— 62%) глинозема и низким содержанием кремнезема (от 0,8 до 4%). Запасов бокситов в Гвинее было бы достаточно, чтобы обеспечить мировую алюминиевую промышленность в течение 500 лет.
Только 4% от общего объема производства бокситов перерабатывается локально в глинозем, остальное экспортируется в качестве сырья [1, 2].
В Гвинее есть несколько горнодобывающих компаний, которые занимаются добычей и переработкой бокситов. Одна из них (Фригия) создана 30 апреля 1960 г. в городе Фрия и в марте 2003 г. глиноземный завод вошел в состав РУСАЛа.
DOI: 10.25018/0236-1493-2017-9-0-131-138
Он остается единственным глиноземным заводом на африканской земле, который перерабатывает бокситы месторождения Кимбо.
Ежегодный объем переработки — 2,5 млн т бокситов, то есть приблизительно 750 000 т глинозема. Переработка осуществляется способом Байера — наиболее простым и энергоэффективным для данного вида сырья. Он основан на изменении растворимости гидратов глинозема в растворе гидроксида натрия при разных температурах и заданной концентрации [3]. Низкое извлечение глинозема из бокситов на глиноземном заводе Кимбо определяет актуальность настоящего исследования.
Цель работы: повысить извлечение глинозема из бокситов месторождения Кимбо в Республике Гвинея.
ISSN 0236-1493. Горный информационно-аналитический бюллетень. 2017. № 9. С. 131-138. © Мари Констанс Беавоги, Б.Г. Балмаев. 2017.
Характеристика сырья и технологической схемы производства глинозема завода Фриа
В качестве сырья завод использует боксит месторождения Кимбо следующего химического состава, %
А1203 42-44
SiO2 общее 4-5
SiO2 (в алюмосиликатах) 1-2
^203 22-26
™2 2,5-3
^205 0,08
Р205 0,11
SO42- 0,05
Карбонаты 0,14
Влажность 11,4
Складирование глинозема
Рис. 1. Схема процесса Байера на ГЗ Фриа
Минералогический состав боксита: гиббсит А1203 • 3Н20, бемит, диаспор А1203 • Н20, каолинит А1203 • Si02 • 2Н20, гетит (Fe00H).
На заводе Фриа, по техническим и экономическим соображениям (стоимость установки оборудования и технического обслуживания) установлены стержневые мельницы для грубого измельчения. Измельчение производится в мокрой среде (сухое вещество (СВ) = 900 г/л). Оно ограничено гранулометрией с 0 до 2,5 мм, которая без снижения эффективности извлечения целевого компонента позволяет получить при выщелачивании большое количество (31%) крупных железистых частиц, промывка которых требует небольшого количества воды. Следовательно, обеспечивается снижение расхода воды для испарения и сокращение количества остатка шламов для обработки декантацией - промывкой, снижая потери щелочи.
Тригидратированный боксит легко выщелачивается, поэтому процесс осуществляется при атмосферном давлении, что обеспечивает минимальные энергетические затраты.
Поддержание определенного размера частиц на выходе мельницы является определяющим фактором для получения хорошей степени растворения А1203.
Не соблюдение гранулометрического состава измельчаемого сырья на выходе из мельницы приводит к следующим технологическим трудностям: потери соды и глинозема в отходах, износ оборудования, неполадки транспорта, простои и как следствие экономические потери.
Для того чтобы обеспечивать нормальное протекание процесса измельчение-выщелачивание, необходимо соблюдать следующие условия технологического регламента на заводе Фриа [4]:
• размер загружаемого боксита в мельницу < 25 мм;
• измельченный боксит < 2,5 мм;
• температура выщелачивания 108 °С;
• концентрация щелочи > 200 г на литр;
• время выщелачивания 2,5 ч;
• обязательно перемешивание со средней скоростью мешалки в 55 оборотов в минуту;
• отношение глинозем-щелочь < 0,6.
Так как площадь контактной поверхности боксита играет важную роль в процессе выщелачивания, и реакция протекает только на поверхности частиц, превышение значения среднего диаметра частиц более 2,5 мм приводят к потерям боксита, уносимого с красным шламом.
Поэтому был проведен гранулометрический анализ слива мельницы и про-
Таблица 1
Гранулометрический анализ боксита загружаемого в мельницу
Классы Масса надрешетного продукта, г Выход надрешетного продукта, %
+5 5874,14 26,01
-5+2,5 3296,19 14,60
-2,5+1 4096,12 18,14
-1+0,5 2815,25 12,47
-0,5+0,3 1768,31 7,83
-0,3+0,2 2790,34 12,36
-0,2+0,1 1471,72 6,52
-0,1+0 467,77 2,07
Сумма 22 579,84 100
Таблица 2
Гранулометрический анализ измельченного боксита
Классы Масса надрешетного продукта, г Выход надрешетного продукта, %
+5 3186,48 11,66
-5+2,5 4661,50 17,06
-2,5+1 5237,38 19,16
-1+0,5 5483,20 20,06
-0,5+0,3 2800,62 10,25
-0,3+0,2 1922,57 7,03
-0,2+0,1 889,40 3,25
-0,1+0 3150,40 11,53
Сумма 27 331,55 100
анализировано его влияние на процесс выщелачивания.
Методика проведения
экспериментов
1. отбор проб боксита месторождения Кимбо;
2. гранулометрический анализ боксита до и после измельчения [5];
3. подготовка образцов для выщелачивания;
3. выщелачивание измельченных образцов боксита;
4. анализ твердой и жидкой фаз по трем оксидам: алюминия, кремния и железа.
Результаты гранулометрического анализа приведены в табл. 1 и 2.
Суспензия, вышедшая из каждой мельницы, подвергалась следующему анализу: определяли сухое вещество (Мв1 = = 10 272,8 г/л, МЭ2 = 940,6 г/л), концентрацию щелочи (С1 = 121,09 г/л, С2 = 146,78 г/л) и отношение глинозем-щелочь = 0,645, Ир2 = 0,680).
В итоге, суспензия промывалась теплой водой для удаления щелочи и, после сушки, образцы подвергались гранулометрическому анализу (табл. 2).
Графическое изображение результатов анализа представлено на рис. 2, 3.
Анализ результатов ситового анализа показывает, что условие регламента в отношении размера частиц менее 2,5 мм не соблюдается, так как класс +5 мм составляет 12%, а -5+2,5 — 17%.
Рис. 2. Ситовый анализ боксита после дробления 134
Рис. 3. Ситовый анализ боксита после измельчения
Далее определена массовая доля (г) надрешетного продукта из расчета 1000 г для каждого образца подготовленного к выщелачиванию и получены следующие результаты:
Для 5 мм, Р1 = 11,66x1000/100 = = 116,6 г. Таким же образом подсчитаны массовые доли для всех остальных образцов: 2,5 мм, Р2 = 170,5 г; 1 мм,
Р3 = 191,5 г; 0,5 мм, Р4 = 200,5 г; 0,3 мм, Р5 = 100,7 г; 0,2 мм, Р6 = 70,3 г; 0,1 мм, Р7 = 32,5 г.
Образцы по 1000 г были подготовлены для выщелачивания и поделены на 5 классов:
1. без измельчения, обозначен Х;
2. -5 мм, обозначен А;
3. -2,5 мм, обозначен В;
4. -1 мм, обозначен С;
5. -0,2 мм, обозначен Д. Содержание А1203, SiO2, Fe2O3 в образцах определялось методом объемно-комплексонометрического титрования.
Таблица 3
Масса остатка и доля шламов и песков
Выщелачивание исходных и измельченных образцов боксита
Раствор щелочи был подготовлен из расчета 200 г/л. Также была рассчитана масса образцов для выщелачивания (228,87 г). Образцы подвергались выщелачиванию согласно условиям технологического регламента завода, упомянутым выше.
Далее отделяли шламы и пески, и определяли их долю (табл. 3).
Наконец, измельчали образцы до -0,074 мм и направляли образцы на химический анализ рентгеноспектраль-ным методом. Результаты приведены в табл. 4.
Извлечение определяли по формуле:
Я = Х(г1 — г2) + У(г1 — г3) х а/г1 х В,
где X = Рs/P; Рs — масса песков, г; Р — масса осадка, г; У = РЬ/Р; РЬ — масса шламов, г;
Образцы Масса, г Общая масса, г Процентное содержание
шламы пески шламы пески
Vх, 54,2 34,0 88,2 61,45 38,55
А/А, 45,9 45,3 91,2 50,33 49,67
59,6 37,9 97,2 61,13 38,87
С/С, 40,1 45,6 85,7 46,79 53,21
Д/Д, 52,9 30,3 83,2 63,58 36,72
5? 0)" 5
70 "
65 _I_!_т_I___I___I
О С В А Образцы X
Рис. 4. Зависимость извлечения глинозема от гранулометрического состава боксита
Таблица 4
Результаты химического анализа остатков
Образцы Название ппп эю2 ™2 Ре 0 А1203 Сумма
шламы пески 8,014 14,520 5,94 2,30 6,57 1,46 60,34 53,17 19,13 28,56 99,99 100,01
А1 А2 шламы пески 8,193 13,440 6,43 2,60 6,94 1,76 57,38 57,04 21,06 25,16 100,00 100,00
В1 В 2 шламы пески 8,696 10,190 12,66 3,06 5,98 2,52 48,57 57,27 24,09 26,94 99,99 99,98
С1 С2 шламы пески 8,723 10,790 7,90 2,35 7,55 2,38 56,96 64,86 18,88 19,63 100,01 100,01
Л1 Д2 шламы пески 8,779 10,400 6,96 2,10 6,07 2,44 57,29 68,28 20,91 16,79 100,01 100,01
85 80 75
r1 = % Al2O3 в боксите / Fe2O3 в боксите, r2 = % Al203 в песках / Fe^ в песках, r3 = % Al203 в шламе / Fe203 в шламе,
А - % Al203 max боксита; В - % Al203 общее боксита.
Таким образом, для образца X получен следующий результат:
Rx = [0,38(1,88-0,60) + 0,61(1,88-0,32)]40,3/1,88 х 42,3 = 72%.
Аналогично рассчитывали извлечение для остальных образцов: RA = 79%; RB =
= 81%; Rc = 84%; R„ = 86%.
С й
Обсуждение результатов
Графическая зависимость извлечения глинозема от размера частиц показывает (рис. 4), что чем меньше частица, тем больше растворимость Al203 и извлечение глинозема.
В технологическом регламенте завода экономически оправданным средним размером измельченных частиц был выбран размер 2,5 мм. Однако эксперименты показали наличие в измельченном боксите достаточно большого ко-
личества недоизмельченных частиц: класс +5 мм составляет 12%, а класс -5+2,5 — 17%, что приводит к потерям глинозема, уносимого с красным шламом.
Для решения проблемы недоизмель-чения боксита необходимо перевести процесс помола в замкнутый цикл путем установки гидроциклонов ГЦ 2000 на каждую мельницу (рис. 5), что позволит получить соответствующий регламенту равномерный гранулометрический состав измельченного материала.
Полученные результаты
Проведенные исследования показали, что после установки гидроциклонов ГЦ 2000 на каждую мельницу, извлечение глинозема из боксита увеличится с 72 до 81%, а производительность завода — с 750 000 т до 843 750 т в год.
Работа мельниц в замкнутом цикле снижает энергозатраты на помол, что повысит технико-экономическую эффективность последующих переделов — выщелачивания и разделения твердой и жидкой фаз.
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
1. Mamedov V.I., Bouféév Y.V., Nikitine Y.A. Géologie de la République de Guinée. Min. des Mines et de la Géologie Rép. de Guinée; GEOPROSPECTS Ltd; Univ.e d'Etat de Moscou Lomo-nossov (Fac. Géol.) — Conakry-Moscou; Aquarel, 2010. — 326 p.
2. Bouféév Y.V., Nikitine Y.A., Mamedov A. I. Banque des données des gisements et indices de minéraux utiles. Min. des Mines et de la Géologie Rép. de Guinée ; GEOPROSPECTS Ltd; Univ.e d'Etat de Moscou Lomonossov (Fac. Géol.) — Conakry-Moscou; Aquarel, 2010. — 264 p.
3. Лайнер А. И., Еремин Н. И., Лайнер Ю. А. Производство глинозема. — М.: Металлургия, 1978. — 344 с.
4. Cours de fabrication d'alumine (secteur rouge) Fria, Ed.Usine d'alumine de Fria, 2003. — 101 p.
5. Абрамов В.Я., Николаев И. В., Стельмакова Г. Д Физико-химические основы комплексной переработки алюминиевого сырья. — М.: Металлургия, 1985. — 288 с. irrçi
КОРОТКО ОБ АВТОРАХ
Мари Констанс Беавоги — аспирантка, e-mail: pricemoucom3@gmail.com, НИТУ «МИСиС»,
Балмаев Борис Григорьевич — кандидат экономических наук, ведущий научный сотрудник, ИМЕТ РАН.
ISSN 0236-1493. Gornyy informatsionno-analiticheskiy byulleten'. 2017. No. 9, pp. 131-138.
UDC 622.342.1
Marie Constance Beavogui, B.G. Balmaev
INFLUENCE OF GRAIN-SIZE COMPOSITION OF BAUXITE ON ITS RECOVERY AT FRIA ALUMINUM PLANT IN GUINEA
Leaching of bauxite by the Bayer process should strictly adhere to the process parameters accepted at the pant: leaching time, soda solution concentration, temperature conditions, aluminum/ alkali ratio.
Of special significance is grain-size composition of bauxite as the analysis of the leaching results yields the presence of high quantity of undermilled particles, which results in aluminum loss with red slime.
The analysis of grain-size composition of bauxite is given, and the method to eliminate the shortcoming by introduction of the milled bauxite classification stage is proposed.
Key words: bauxite, milling, leaching, Bayer process, grain-size composition analysis.
DOI: 10.25018/0236-1493-2017-9-0-131-138
AUTHORS
Marie Constance Beavogui, Graduate Student, e-mail: pricemoucom3@gmail.com, National University of Science and Technology «MISiS», 119049, Moscow, Russia,
Balmaev B.G., Candidate of Economical Sciences, Leading Researcher,
Institute of Metallurgy and Material Science,
Russian Academy of Sciences, 119334, Moscow, Russia.
REFERENCES
1. Mamedov V.I., Bouféév Y.V., Nikitine Y.A. Géologie de la République de Guinée. Min. des Mines et de la Géologie Rép. de Guinée; GEOPROSPECTS Ltd; Univ.e d'Etat de Moscou Lomonossov (Fac. Géol.). Conakry-Moscou; Aquarel (Geology of Republic Guinea. Min. of Mines and Geology. Rep. of Guinea; GEOPROSPECTS Ltd; Moscow State Univ. named Lomonossov (Fac. Geol.). Conakry-Moscow; Aquarel), 2010, 326 p.
2. Bouféév Y.V., Nikitine Y.A., Mamedov A. I. Banque des données des gisements et indices de minéraux utiles. Min. des Mines et de la Géologie Rép. de Guinée ; GEOPROSPECTS Ltd; Univ.e d'Etat de Moscou Lomonossov (Fac. Géol.) Conakry-Moscou; Aquarel (Ores deposit data and ores characteristics. Min. of Mines and Geology. Rep. of Guinea; GEOPROSPECTS Ltd; Moscow State Univ. named Lomonossov (Fac. Geol.). Conakry-Moscow; Aquarel), 2010, 264 p.
3. Layner A. I., Eremin N. I., Layner Yu. A. Proizvodstvoglinozema (Alumina refining), Moscow, Metal-lurgiya, 1978, 344 p.
4. Cours de fabrication d'alumine (secteur rouge) Fria, Ed.Usine d'alumine de Fria (Courses of alumina production (red sector) Fria, Ed. Fria alumina refinery), 2003, 101 p.
5. Abramov V. Ya., Nikolaev I. V., Stel'makova G. D. Fiziko-khimicheskie osnovy kompleksnoy pererabotki alyuminievogo syr'ya (Physics-chemical basic of complex treatment of aluminum ores), Moscow, Metallurgiya, 1985, 288 p.
