СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ АЛЮМОКАЛЬЦИЕВЫХ ШЛАКОВ Российский патент 2009 года по МПК C22B7/00 

Изобретение относится к цветной и черной металлургии и представляет практический интерес для производства чугуна и глинозема из низкокачественного высокосернистого и сидеритизированного сырья, а также для комплексной переработки красных шламов алюминиевой промышленности.

Известна исследовательская работа [1] по комплексному использованию красных шламов, включающая агломерацию красных шламов, плавку агломерата в низкошахтной электропечи с получением передельного чугуна, характеризующегося высоким содержанием титана и фосфора (до 1%) и геленитсодержащего шлака, из которого после спекания при температурах 1000-1150°С с содой и известняком выщелачивается до 85% Al₂O₃. Расход кокса на выплавку одной тонны чугуна составил 0,89 т, расход электроэнергии - 3000 кВт-часов.

Разработанная технология экономически нецелесообразна из-за использования нескольких дорогостоящих пирометаллургических процессов, сопровождающихся высокими тепло- и энергозатратами.

Наиболее близким к предлагаемому способу по технической сущности является способ комплексной переработки красных шламов [2], включающий восстановительную плавку шлама с известняком и углем при температуре 1500-1600°С в последовательно расположенных печных агрегатах. Этот способ позволяет получить два готовых продукта - передельный чугун и саморассыпающийся алюмокальциевый шлак.

Существенными недостатками способа являются низкая производительность процесса плавки, большие тепло- и энергозатраты его проведения и при переработке низкокачественного боксита достаточно высокое содержание серы в конечном продукте - алюмокальциевом шлаке, что ведет к существенным потерям соединений натрия в процессе извлечения глинозема из алюмокальциевого шлака.

Задачей изобретения является расширение видов использования низкокачественного глиноземсодержащего сырья, комплексная переработка последнего с одновременным улучшением технико-экономических показателей производства качественного алюмокальциевого шлака и получение глинозема из последнего по гидрохимическому варианту.

Поставленная задача достигается тем, что способ получения алюмокальциевых шлаков, включающий плавку глиноземсодержащего сырья с восстановителем и извлечение попутного металла, отличается тем, что после плавки вне печи в разгружаемый расплав вводят известняк. В известном способе получения алюмокальциевых шлаков в процессе восстановительной плавки низкокачественного глиноземсодержащего сырья в печи все железосодержащие минералы восстанавливаются до металла, в результате выплавляется два продукта - готовый продукт попутный металл (передельный чугун) и расплав с высоким содержанием глинозема и низким содержанием серы. В процессе нагрева печи до получения расплава серосодержащие соединения и карбонаты разлагаются с выделением серы и углекислого газа в газовую фазу.

Известно, что алюмокальциевые шлаки, выплавленные без выдержки при максимальной температуре, содержат меньше эвтектической фазы. Кристаллизация в них проходит значительно лучше, чем в шлаках, выдержанных при максимальной температуре в течение 30 минут.

Установлено, что внепечная загрузка в расплав известняка заметно снижает температуру плавления и вязкость шлаков, облегчая кристаллизацию, и за счет высокой скорости диффузии СаО ускоряет путь образования самостоятельных равновесных фаз 2СаО·SiO₂ и 12СаО·7AL₂О₃ и позволяет в два и более раза увеличить производительность печи в процессе получения алюмокальциевого шлака, существенно снизить энерго- и теплозатраты, извлечь качественный глинозем из шлака в мешалке для выщелачивания содовым раствором при атмосферном давлении и низкой температуре (70°С) по методу Байера из любого низкокачественного алюминиевого сырья, не используя при этом дорогую и дефицитную каустическую щелочь, а также значительно уменьшить выход красного шлама в отвал.

На чертеже приведена схема выплавки попутного металла и внепечного получения алюмокальциевого шлака по предлагаемому способу.

Для исследований была отобрана 30 кг проба верхнего пестроцветного горизонта лагунных бокситов следующего химического состава, %: 54,8 Al₂О₃; 2,8 SiO₂; 14,0 Fe₂O₃; 6,3 СаО; 2,0 TiO₂; 4,7 S_общ.; 5,5 CO₂; 9,9 п.п.п.

10 кг боксита переработали по предлагаемому способу и 20 кг - по прототипу. По предлагаемому способу глиноземсодержащее сырье с восстановителем (антрацит) подвергали плавке. В этом процессе все железосодержащие минералы восстанавливали до металла и выплавляли два продукта - готовый продукт попутный металл (передельный чугун) и расплав с высоким содержанием глинозема. В процессе разгрузки из печи температура глиноземистого расплава составляет 1550-1600°С. Полученный расплав вне печи дозировали известняком из расчета образования в шлаке ортосиликата кальция (2СаО·SiO₂) и двенадцатикальциевого семиалюмината (12СаО·7Al₂O₃).

Выплавленные алюмокальциевые шлаки по прототипу и по предлагаемому способу выщелачивали в содовом растворе по стандартной методике при температуре 70°С, продолжительности 30 мин и содовом числе - 1,5. Соблюдение оптимального состава шихт и режима плавки обеспечивает перевод в растворимую форму:

- по прототипу до 84,4% Al₂О₃;

- по предлагаемому способу до 91,2% Al₂О₃.

Установлено, что с увеличением содержания серы ухудшаются технологические качества шлаков - извлечение Al₂О₃ снижается на 6,8%.

Результаты получения алюмокальциевого шлака из некондиционного боксита по предлагаемому способу и прототипу приведены в таблице.

  Результаты получения алюмокальциевого шлака из некондиционного боксита № п/п Продукты Выход Содержание, % кг % SiO₂ Al₂О₃ Fe₂O₃ CaO TiO₂ S_общ CO₂ п.п.п. 1 Исходный боксит 10,00 (20)* 41,3 (95,15)* 2,80 54,80 14,00 6,30 2,00 4,70 5,50 9,90 2 Антрацит 0,51 (1,02)* 2,11 (4,85)* С Зола Летучие Влага Зола антрацита 82,50 7,00 3,50 7,00 SiO₂ FeO Al₂О₃ 45,0 35,0 20,0 3 Известняк 13,70 56,59       56,0 CaO   44,0 CO₂ По прототипу 4 Шлак алюмокальциевый 15,78 65,18 SiO₂ Al₂О₃ CaO TiO₂ S_общ п.п.п.   1,92 34,73 58,30 1,00 1,20 2,85 5 Чугун 1,26 5,20 Fe Si Ti С S_общ   96,26 1,42 0,35 1,91 0,06 6 Шихта в плавку 24,21 100 SiO₂ Al₂О₃ Fe₂O₃ CaO TiO₂ CO₂ S_общ 1,13 21,85 5,59 33,09 0,80 26,22 1,87 7 Потери при плавке с пылью 7,17 29,62 3,96 52,40 9,23 32,71 0,80 - 0,90 По предлагаемому способу (Исходные продукты с 1 по 3 позиции предлагаемого способа и продукт позиции 5 идентичны прототипу) 8 Шихта в плавку кг % SiO₂ Al₂О₃ Fe₂O₃ CaO TiO₂ S_общ CO₂ п.п. п. 21,02 100 2,67 52,14 13,32 5,99 1,9 4,47 5,23 14,28 9 Потери в печи с пылью 2,46 11,70 5,95 64,35 16,44 7,40 5,46 0,4     10 Расплав глиноземсодержащий 16,04 76,31 25,32* 3,96 83,70   9,23 2,71 0,4     8 Известняк 47,32 74,68*       56,00     44,00   10 Шлак алюмокальциевый 41,06 64,80 1,77 34,73   57,60 1,20 0,36   4,34 11 Потери при внепечной плавке 22,30 35,20           0,4 19,4   5 и 12 Чугун 2,52 11,99 Fe Si Ti С       96,26 1,48 0,35 1,91       ()*- выход исходных продуктов по предлагаемому способу. * - выход расплава и известняка по предлагаемому способу вне печи.

Как видно из таблицы, при выплавке алюмокальциевого шлака и попутного металла (передельного чугуна) из некондиционного боксита в печи по известному способу получения глинозема, взятому за прототип, выход исходного боксита составляет 41,30% (10 кг), выход восстановителя - 2,11% (0,51 кг) и выход известняка - 56,59% (13,70 кг). Таким образом, в плавку загрузили 100% (24,21 кг) шихты. При этом в печи образуется два готовых конечных продукта - чугун с выходом 5,20% (1,26 кг) и алюмокальциевый шлак с выходом 65,18% (15,78 кг).

При выплавке алюмокальциевого шлака из этого боксита по предлагаемому способу получения глинозема в печь загружают 100% (21,02 кг) шихты, состоящей из 95,15% (20 кг) исходного боксита и 4,85% (1,02 кг) восстановителя. Нагревая шихту в печи до образования попутного металла с выходом 11,99% (2,52 кг) и высокоглиноземистого расплава с выходом 76,31% (16,04 кг) расходуем количество электро- и теплоэнергии, равное с известным способом.

В процессе разгрузки попутного металла и высокоглиноземистого расплава с температурой ~ 1600°С на выходе из печи последний, выход которого составляет 25,32% (16,04 кг), вне печи соединяют с 74,68% (47,32 кг) известняка и за счет использования высокой температуры продуктов плавки получают алюмокальциевый шлак без дополнительных энерго- и теплозатрат. При этом выход алюмокальциевого шлака составляет 64,80% (41,06 кг), т.е. в 2,6 раза выше, чем в известном способе по прототипу. Соответственно, количество энерго- и теплозатрат на получение единицы массы алюмокальциевого шлака по предлагаемому способу получения глинозема в 2,6 раза ниже, чем по известному способу, взятому за прототип. Кроме того, в предлагаемом способе получается алюмокальциевый шлак лучшего качества - по сравнению с известным способом содержание серы в нем ниже на 0,84%, а извлечение глинозема из него в растворимую форму выше на 6,8%.

Таким образом, качественный алюмокальциевый шлак с содержанием 34,73% Al₂О₃; 1,77% SiO₂; 57,60% CaO; 0,36% S_общ является исходным сырьем для безавтоклавного, экономически целесообразного получения глинозема содовым выщелачиванием в мешалках при температуре 70°С по методу Байера.

Значительное снижение серы, общей в алюмокальциевом шлаке (по прототипу 1,20% S_общ, в исходном боксите 4,70% S_общ), до 0,36% S_общ позволит снизить потери соды, а практически полный вывод железа восстановительной плавкой из боксита позволит существенно снизить выход красного шлама и увеличить производительность оборудования глиноземного производства. Конечный продукт плавки - попутный металл с содержанием 96,26% Fe; 1,48% Si; 1,91% С, 0,35% Ti можно успешно продавать в черную металлургию на производство ферросплавов, что существенно снизит себестоимость получения качественного глиноземсодержащего сырья без потерь основного компонента (Al₂O₃) для алюминиевой подотрасли.

ЛИТЕРАТУРА

1. Полупромышленные испытания схемы комплексного использования красных шламов. Отчет института металлургии УФАН СССР, Свердловск, 1961.

2. Пирометаллургическая переработка комплексных руд. Л.И.Леонтьев, Н.А.Ватолин, С.В.Шаврин, Н.С.Шумаков. М.: Металлургия, 1997. 432 с.

Изобретение относится к цветной и черной металлургии, а именно к производству чугуна и глинозема из низкокачественного высокосернистого и сидеритизированного сырья, а также для комплексной переработки красных шламов алюминиевой промышленности. Глиноземсодержащее сырье плавят с восстановителем и извлекают попутный металл. После плавки вне печи в разгружаемый высокоглиноземистый расплав вводят известняк из расчета образования в получаемом шлаке двенадцатикальциевого семиалюмината 12СаО·7Al₂O₃ и ортосиликата кальция 2CaO·SiO₂. Изобретение позволяет получить два готовых продукта - передельный чугун и алюмокальцевый шлак, использовать низкокачественное глиноземсодержащее сырье, комплексно переработать последнее с одновременным улучшением технико-экономических показателей производства и существенно снизить энерго- и теплозатраты. 1 ил., 1 табл.

Способ получения алюмокальциевых шлаков, включающий плавку глиноземсодержащего сырья с восстановителем и извлечение попутного металла, отличающийся тем, что после плавки вне печи в разгружаемый высокоглиноземистый расплав вводят известняк из расчета образования в получаемом шлаке двенадцатикальциевого семиалюмината 12СаО·7Al₂O₃ и ортосиликата кальция 2СаО·SiO₂.