Выщелачивание бокситов в условиях ПАЗа

Бокситы Краснооктябрьского, Аятского и Белинского место-рождений относятся к Краснооктябрьскому рудоуправлению и отличаются от широко известных тургайских (запасы которых практически исчерпаны) по химическому и вещественному составу, поэтому особенно важно всесторонне их изучение в связи с про-мышленным использованием.

В таблице 3 приведен химический состав литологических разновидностей бокситов с указанием месторождения.

Таблица 3 – Состав литологических разновидностей

                    бокситов

Из таблицы следует, что бокситы имеют различный хими-ческий состав. Содержание глинозема колеблется в пределах 39,5-55,3 %, а SiO2 – 3,2-13,6 %. В широком диапазоне изменяется содержание железа от 5,6 до 24,6 %, присутствуют органические вещества.

По данным кристаллооптического анализа проба представлена тонкодисперсным агрегатированным материалом, пропитанным тонко распыленными минералами железа. Гиббсит присутствует в тонкозернистом состоянии в виде зерен неправильной формы раз-мерами до 20 мкм с показателями преломления Nq – 1,591; Np – 1,570. Гиббсит тесно связан с каолинитом, который присутствует в скрыто кристаллической и аморфной форме с показателями прелом-ления Nq – 1,560; Np – 1,553. Кроме того, отмечается гематит в составе небольших агрегатированных скоплений и отдельных бес-цветных кристаллов неправильной формы размерами 8-10 мкм. Бесцветные кристаллы кварца имеют неправильную форму разме-рами 15-20 мкм, отмечаются единичные зерна анатаза.

Таким образом, вещественный состав представлен в основном минералами гиббсит, каолинит, сидерит, гематит, гетит [2].

3.2. Режим работы цеха

Организация предприятия зависит от характера производст-венных процессов, составляющих совокупность взаимосвязанных трудовых и естественных процессов, преобразующих сырье, мате-риалы, полуфабрикаты в готовую продукцию.

Для металлургических предприятий цветной металлургии характерны непрерывно протекающие механические и химические изменения предметов, многоступенчатые процессы производства. В цветной металлургии самый большой из всех других отраслей расход сырья и материалов на единицу продукции.

Для производственных процессов в цветной металлургии характерны крупные агрегаты, требующие коллективного обслужи-вания, строгой согласованности в ходе протекания технологичес-ких процессов и неукоснительного соблюдения регламентирован-ных режимов .

Рациональные формы организации производственных про-цессов должны исходить из характера принятой технологии. По характеру протекания производственных процессов во времени различают периодические и непрерывные.

Непрерывные процессы протекают без остановки оборудо-вания для загрузки сырья и материалов и выгрузки продукции, которые осуществляются одновременно с основными изменениями предмета труда. Загрузка и выгрузка материалов осуществляется непрерывно или через определенные интервалы времени [3].

Режим работы в цехе непрерывный. Установлен 8-часовой рабочий график. График выходов трехсменный. Число рабочих бригад, обслуживающих в течение суток данное производство, три смены. Одна бригада находится на отдыхе. Цикл графика через 12 дней.

3.3. Анализ научно-исследовательских
работ

До недавнего времени при переработке низкокачественных бокситов Казахстана на глинозем основные проблемы были обус-ловлены высоким содержанием в них оксидов кремния и железа. Для снижения содержания этих компонентов предложены различ-ные варианты обогащения бокситов, сведения о которых обобщены в работах [4].

В этих работах исследователями решались две основные задачи: удаление кремнийсодержащих и тяжелых магнитных мине-ралов.

Эффективность тех или иных способов обогащения во многом зависит от структурных и минералогических особенностей бокси-тов. В отдельных случаях наиболее эффективными оказались хими-ческие, радиометрические, электростатические методы обогащения некондиционных бокситов. Однако, как правило, использование гравитационных, флотационных, магнитных и других методов обо-гащения позволяет решить вполне определенную задачу примени-тельно к одному, редко к нескольким видам сырья.

В связи с тем, что не представляется возможным анализ всех известных методов обогащения, остановимся на некоторых интересующих нас исследованиях.

Проведены исследования по обогащению бокситов Красно-октябрьского месторождения трех литологических разновидностей: каменистой, рыхлой и глинистой. Изучение обогатимости прово-дилось в двух направлениях:

-         получение бокситовых концентратов, пригодных для пере-работки по способу Байера;

-         промывка исходного боксита с получением шламов с влаж-ностью не более 60 : (после фильтрации), пригодных к последующей переработке по способу спекания.

Технологическая схема обогащения предусматривала дробле-ние до 25-50 мм и отделения рыхлой фракции - 5,0 мм. Плотную часть боксита подвергали стадийному дроблению и грохочению с получением материала крупностью 5,0 мм. Оба продукта классифи-цировали: плотный по зерну 0,4 мм и рыхлый 0,2 мм.

После этого крупные фракции совместно измельчали до 0,2 мм и подвергали магнитной сепарации, а шламовые продукты флотиро-вали. Таким образом, объединенный бокситовый концентрат содер-жал, %: Al2O3 49,42; Fe2O3 16,21; SiO2 5,42; СО2 0,45; Msi 9,1 [5].

Авторами работы [6] предложены методы обогащения Аятс-кого месторождения с применением фотометрической и радиомет-рической сепарацией. Использование этих методов позволяет выде-лить из фракции +10 мм 50-60 % обогащенного боксита с кремне-вым модулем больше 10 единиц.

Термические способы кондиционирования бокситов, по срав-нению с рассмотренными, отличаются большей универсальностью. Обжиг, благодаря удалению технически вредных примесей и влаги, позволяет снизить транспортные расходы, а также уменьшить эксплуатационные расходы и улучшить технико-экономические показатели последующих переделов.

В работе [7] с целью удаления карбонатов обжиг предлага-ется осуществлять в печах кипящего слоя. Температура разложения пририоных карбонатов зависит от минерального состава (сидерит, кальцит, доломит) и от дисперсности. В результате обжига степень разложения карбонатов составила 55 %, а извлечение глинозема из обожженного боксита находилось на уровне 70-72 %.

В условиях Павлодарского алюминиевого завода при перера-ботке высокожелезистых бокситов возникла проблема в процессе спекания красных шламов, обогащенных оксидами железа.

Как известно, в процессе Байера минералы железа являются балластным компонентом, увеличивающим выход красного шлама. Высокое содержание соединений железа в красном шламе приводит к осложнениям процесса спекания шламовой шихты. Поэтому проблеме вывода соединений железа из бокситов посвящены работы многих исследователей, предлагающих сочетание терми-ческих, химических и магнитных процессов.

В работе [8] с целью очистки алюминиевых руд от соединений железа предлагается восстановительно-сульфидизирующий обжиг с последующим хлорированием и возгонкой хлорного железа.

Предлагается удалять оксиды железа из предварительного обогащенного боксита обработкой соляной кислотой. При этом удаляется до 91 % железа.

Таким образом, традиционные и специальные способы обо-гащения позволяют получить из низкокачественного сырья кон-центрат с высоким содержанием полезного компонента. Но в боль-шинстве случаев исследования не вышли за рамки опытных работ, а предлагаемые схемы сложны в аппаратурном и технологическом оформлении.

Отсутствие достаточно эффективного способа переработки высококарбонатных бокситов показывает необходимость дальней-ших исследований по разработке способа получения глинозема из такого вида сырья. Решение данного вопроса позволит расширить сырьевую базу глиноземного производства [2].

3.4. Анализ работы действующего
предприятия

Выбор способа переработки бокситов определяется следую-щими основными факторами:

1)     кремневым модулем;

2)     содержанием глинозема;

3)     содержанием вредных примесей, карбидов, сульфидов, органических веществ;

4)     минералогическим составом сырья.

Из-за повышенного содержания этих примесей в бокситах казахстанских месторождений, которые за рубежом классифици-руются не как бокситы, а как бокситоподобные глины, применение способа Байера для их переработки было бы невыгодным из-за больших потерь каустической щелочи, плохого отстаивания крас-ного шлама и загрязнения алюминатного раствора двух валентным железом. Способ прямого спекания также был нерентабелен вследствие больших капитальных вложений, высоких затрат труда и низких технико-экономических показателей.

В связи с этим возникла необходимость разработки способа рационального использования бокситов казахстанских месторож-дений [9].

Для переработки этого сырья предлагались комбинированный способ Байера – гидрохимия – и последовательный способ Байера – спекание.

               Боксит                                          Известняк  Красный шлам    Свежая сода

           Дробление                                                                            Дозировка

          Измельчение                                                                                    Спекание

          Выщелачивание                                                           Выщелачивание

   Отделение и промывка   Красный                 Отделение и промывка

      красного шлама                        шлам                       красного шлама

    Алюминатный                                       Алюминатный          Красный
         раствор                                                       раствор                      шлам

                                                                                                         Обескремнивание

   в отвал

     Смешение                                                                Отделение и промывка
                                                                    белого шлама

                                               затравка

Декомпозиция     

                                                                                                  Обескремненный

                                                                                                                раствор

Отделение и промывка

           Al(OH)3                                          Гидроокись
                                             алюминия

Маточный раствор                              Промывка                               белый шлам

   Выпарка                                                        Кальцинация

Оборотный раствор                               Глинозем

                                          Na2CO3H2O (рыжая сода)

Рисунок 1. Схема последовательного варианта
комбинированного способа Байер-спекание