СПОСОБ ПРОИЗВОДСТВА ГЛИНОЗЕМА ИЗ СИДЕРИТИЗИРОВАННОГО БОКСИТА ПО МЕТОДУ БАЙЕРА Российский патент 1997 года по МПК C01F7/38 

Изобретение относится к технологии производства глинозема из бокситов.

Переработка на глинозем бокситов, содержащих повышенное количество вредных примесей, например органики, CO₂, требует включения в технологическую схему предела "кондиционирования". Таким пределом в технологической нитке может быть предварительный обжиг исходного сырья.

Имеется ряд способов, предварительный обжиг в которых ведется в восстановительной атмосфере с целью последующего выделения из процесса соединений железа в виде магнитного продукта.

Известны технологические схемы, включающие магнетизирующий обжиг бокситов при 650 750^oC с добавкой угля и сухую магнитную сепарацию (Тациенко П. А. Батищева Т.А. и др. Магнетизирующий обжиг высокосидеритизированных бокситов Краснооктябрьского месторождения. Обогащение руд, Л. 1989, N 5, с. 24 27; Тациенко П.А. Рахимов А.Р. и др. Магнетизирующий обжиг высокосидеритизированных бокситов Краснооктябрьского месторождения с последующей сухой магнитной сепарацией. Комплексное использование минерального сырья, 1990, N 4, с. 14 17; Рахимов А.Р. Турсунбаев Т.Б. и др. Разработка технологии комплексной переработки высокосидеритизированных бокситов Казахстана. Вестник АН Каз. ССР, 1990, N 7, с. 29 39; Абишев Ж.Д. Разработка технологии комплексного использования сидеритизированных бокситов Казахстана. Цветная металлургия, 1990, N 8, с. 48 50).

Данная группа способов направлена на кондиционирование боксита по содержанию Fe₂O₃, но совершенно игнорирует удаление CO₂, органики и, главное, температурные условия выщелачивания обожженного продукта при его переработке по методу Байера. Гидрохимическая переработка боксита при этих условиях кондиционирования должна осуществляться при высокой температуре (более 200^oC).

Существует ряд работ, в которых обжиг боксита с целью удаления хлора осуществляют в окислительной атмосфере, но температура процесса при этом 700 - 800^oC (Медведков Б.Е. Береза и др. Процесс обжига сидеритизированных бокситов. Комплексное использование минерального сырья, 1989, N 8, с. 36 39; Тациенко П.А. Абишев Ж.Д. и др. Термохимическое обогащение бокситов, содержащих повышенные количества хлоридов, с целью их кондиционирования. Обогащение руд, Л. 1990, N 2, с. 10 13; Тациенко П.А. Абишев Ж.Д. Обжиг бокситов Белинского месторождения. Комплексное использование минерального сырья, 1990, N 5, с. 43 46).

Ближайшим аналогом заявленного изобретения является способ производства глинозема из сидеритизированного боксита, включающий его обжиг в окислительной атмосфере, охлаждение, дробление и переработку по методу Байера (Лайнер А.И. Производство глинозема, М. 1961 г. с. 180 182).

Недостатком этого способа является то, что он относится к бокситам бемитового и диаспорового типа, вскрываемость которых связана с выщелачиванием при температурах 280 280^oC. Предварительный обжиг бокситов такого типа позволяет повысить извлечение Al₂O₃ при переработке по методу Байера при неизменных "жестких" условиях выщелачивания. Кроме того, отсутствие регламентации условий обжига в случае сидеритизированного гиббситового боксита, а именно степени дробления, содержания кислорода в отходящих газах не способствует стабилизации полиморфных модификаций оксида алюминия в обожженном продукте.

Технической задачей предлагаемого изобретения является снижение теплоэнергии при переработке сидеритизированных бокситов, повышение извлечения Al₂O₃ за счет образования в обожженном материале χ -формы Al₂O₃, вскрывающейся выщелачиванием при его последующей переработке по методу Байера при 150 200^oC и упрощение технологической схемы.

Поставленная задача достигается тем, что при обжиге боксита соблюдают следующие условия:
обжиг дробленного до -20 10 мм боксита ведут при температуре 530 - 620^oC во вращающейся печи (с выносной топкой для равномерности обжига материала);
продолжительность нагрева 20 40 мин;
окислительная атмосфера с содержанием в отходящих газах кислорода в пределах 5 15%
При этих условиях гидрохимическую переработку обожженного продукта ведут при 150 200^oC.

Проведенными исследованиями установлено, что термообработка боксита, дробленного до -20 10 мм, в вышеприведенном режиме обеспечивает трансформацию гиббсита в обоженном боксите в c -форму Al₂O₃, легковскрываемую при температуре выщелачивания 150 200^oC.

Установлено, что трансформация гиббсита в относительно легковскрываемую форму c -Al₂O₃ происходит при условии создания в печи окислительной атмосферы (содержание кислорода в отходящих газах печи 5 15% температура обжига 530 620^oC), обеспечивающей достаточно полное превращение оксидов железа, образующихся при разложении сидерита, в гематит. Неполное окисление образующих и присутствующих в бокситах оксидов железа в гематит способствует образованию трудновскрываемых модификаций оксида алюминия, а также алюмомагнетита, что приводит к недоизвлечению глинозема в нежестких условиях выщелачивания.

Все вышеперечисленные режимы обжига обеспечивают образование c формы Al₂O₃, выщелачивающейся при температуре 150 200^oC, и отклонение их в меньшую и большую сторону затрудняет получение легковскрываемой формы Al₂O₃.

Пример конкретного осуществления.

Обжиг осуществлялся во вращающейся печи.

Первый вариант: содержание O₂ в отходящих газах <0,5%
а) Состав исходного боксита:
Кремневый модуль 3,45
Al₂O₃ 41,0
SiO₂ 11,9
Fe₂O₃ 17,0
CaO 1,07
CO₂ 4,57
Условия обжига:
T_обжига 550^oC, время обжига 30 минут.

Состав обожженного боксита:
Кремневый модуль 3,61
Al₂O₃ 48,0
SiO₂ 13,3
Fe₂O₃ 21,9
CaO 1,3
CO₂ 0,51
Фазовый состав обожженного боксита:
магнетит, гематит, немного сидерита, (Fe, Mn)СО₃, каолинит, шамозит, алюмомагнетит, a кварц, c Al₂O₃ - слабокристаллизованный.

Выщелачивание обожженного боксита.

T_выщ. 150^oC, время выщ. 90 минут.

Al₂O₃ теор. 72,2%
Al₂O₃ практ. 60,9%
T_выщ. 240^oC, время выщ. 90 минут.

Al₂O₃ практ. 72,7%
б) Состав исходного боксита:
Кремневый модуль 3,74
Al₂O₃ 41,2
SiO₂ 11,0
Fe₂O₃ 17,7
CaO 1,1
CO₂ 4,3
Условия обжига:
T_обжига 570^oC, время обжига 30 минут.

Состав обожженного боксита:
Кремневый модуль 4,2
Al₂O₃ 51,0
SiO₂ 12,1
Fe₂O₃ 22,2
CaO 1,1
CO₂ 0,42
Фазовый состав обожженного боксита:
магнетит, гематит, немного сидерита, немного каолинита и шамозита, кварц, анатаз, алюмомагнетит, c Al₂O₃ слабокристаллизованный.

Выщелачивание обожженного боксита.

T_выщ. 150^oC, время выщ. 90 минут
Al₂O₃ теор. 73,5%
Al₂O₃ практ. 60,1%
T_выщ. 240^oC, время выщ. 90 минут.

Al₂O₃ теор. 73,5%
Al₂O₃ практ. 75,1%
Второй вариант: Содержание O₂ в отходящих газах ≈ 15%
а) Состав исходного боксита:
Кремневый модуль 3,3
Al₂O₃ 40,2
SiO₂ 12,2
CaO 2,3
Fe₂O₃ 16,5
CO₂ 5,76
Условия обжига:
T_обжига 550^oC, время обжига 30 минут.

Состав обожженного боксита:
Кремневый модуль 3,3
Al₂O₃ 50,0
SiO₂ 15,2
CaO 3,0
Fe₂O₃ 20,0
CO₂ 1,8
Фазовый состав боксита:
гематит, a кварц, кальцит, каолинит полностью аморфизован и дегидратирован, c Al₂O₃ слабоупорядоченный структуры, сидерит полностью разрушенный анатаз.

Выщелачивание обожженного боксита.

T_выщ 150^oC, время выщ. 90 минут.

Al₂O₃ теор. 69,5%
Al₂O₃ практ. 70,1%
Условия обжига:
T_обж. 800^oC, время обжига 30 минут.

Состав обожженного боксита:
Кремневый модуль 3,3
Al₂O₃ 50,4
SiO₂ 15,5
CaO 2,8
Fe₂O₃ 19,4
CO₂ 1,6
Фазовый состав обожженного боксита:
гематит, a кварц, кальцит, c Al₂O₃ - слабоупорядоченной структуры, анатаз.

Выщелачивание обожженного боксита:
T_выщ. 150^oC, время выщ. 90 минут.

Al₂O₃ теор. 69,5%
Al₂O₃ практ. 70,7%
б) Состав исходного боксита:
Кремневый модуль 3,89
Al₂O₃ 40,5
SiO₂ 10,4
Fe₂O₃ 16,5
CaO 0,85
CO₂ 3,58
Условия обжига:
T_обжига 550^oC, время обжига 30 минут.

Состав обожженного боксита:
Кремневый модуль 3,8
Al₂O₃ 50,8
SiO₂ 13,5
Fe₂O₃ 22,8
CaO 1,1
CO₂ 0,44
Фазовый состав обожженного боксита:
гематит, a кварц, каолинит дегидратирован и полностью аморфизован, сидерит полностью разрушен, c -Al₂O₃- слабоупорядоченной структуры.

Выщелачивание обожженного боксита:
T_выщ. 150^oC, время выщ. 90 минут
Аl₂O₃ теор. 73,4%
Al₂O₃ практ. 73,1%
Условия обжига:
T_обжига600^oC, время обжига 30 минут.

Состав обожженного боксита:
Кремневый модуль 3,8
Al₂O₃ 52,6
SiO₂ 13,8
Fe₂O₃ 20,4
CaO 1,0
CO₂ 0,34
Фазовый состав обожженного боксита:
гематит, a кварц, c -Al₂O₃ слабоупорядоченной структуры, анатаз.

Выщелачивание обожженного боксита:
T_выщ. 150^oC, время выщ. 90 минут.

Al₂O₃ теор. 74,0%
Al₂O₃ практ. 73,7%
Предложенная схема позволяет достичь лучших технико-экономических показателей за счет значительного упрощения ее по сравнению с известными способами:
1. Ведение процесса обжига в одну стадию.

2. Дробление исходного материала до более крупных кусков.

3. Обеспечение в обожженном продукте легковскрываемых при низкой температуре в ветви Байера форм Al₂O₃ ( c форма) за счет стабилизации в отходящих газах требуемого содержания кислорода.

Таким образом, в результате проведенных исследований предложена схема переработки сидеритизированных бокситов с предварительным обжигом, которая по сравнению с известными способами позволяет сэкономить ≈ 15% топлива на 1 т Al₂O₃, повысить извлечение глинозема в ветви Байера на ≈ 10% и снизить расход пара на выщелачивании на ≈ 10%

Использование: при переработке сидеритизированного боксита. Сущность способа: боксит дробят до крупности -20 - 10 мм, обжигают его в окислительной атмосфере при содержании кислорода в отходящих газах 5 - 15% при температуре 530 - 620^oC, обоженный материал охлаждают и перерабатывают по методу Байера.

Способ производства глинозема из сидеритизированного боксита, включающий его обжиг в окислительной атмосфере, охлаждение, дробление и переработку по методу Байера, отличающийся тем, что дробление боксита проводят перед обжигом до размера -20 ^oC 10 мм, а обжиг ведут при содержании кислорода в отходящих газах 5 15%