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

Описание патента на изобретение RU2356955C2

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 Sобщ.; 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 Sобщ 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 Sобщ 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 Sобщ 96,26 1,42 0,35 1,91 0,06 6 Шихта в плавку 24,21 100 SiO2 Al2О3 Fe2O3 CaO TiO2 CO2 Sобщ 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 Sобщ 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% Sобщ 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% Sобщ, в исходном боксите 4,70% Sобщ), до 0,36% Sобщ 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.

Похожие патенты RU2356955C2

название год авторы номер документа
СПОСОБ ПЕРЕРАБОТКИ КРАСНЫХ ШЛАМОВ 2009
  • Первушин Николай Григорьевич
  • Первушина Вера Павловна
RU2428490C2
СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ ВЫСОКОГЛИНОЗЁМИСТОГО ЦЕМЕНТА 2018
  • Первушин Николай Григорьевич
  • Миронов Станислав Евгеньевич
RU2699090C1
СПОСОБ ПЕРЕРАБОТКИ ШЛАМОВ ГЛИНОЗЕМНОГО ПРОИЗВОДСТВА 2010
  • Бегунов Альберт Иванович
  • Бегунов Алексей Альбертович
  • Анциферов Евгений Александрович
  • Анциферова Анна Владимировна
  • Щадов Иван Михайлович
  • Константин Сергеевич
RU2441927C2
СПОСОБ ПЕРЕРАБОТКИ АЛЮМИНИЙСОДЕРЖАЩЕГО СЫРЬЯ 2006
  • Баймаков Александр Юрьевич
  • Липин Вадим Аполлонович
  • Белоглазов Илья Никитич
  • Русаков Михаил Рафаилович
  • Салтыкова Светлана Николаевна
RU2313491C1
Способ комплексной переработки глиноземсодержащего сырья 2022
  • Фрэж Евгения Владимировна
  • Фрэж Вассим Мунир
  • Бердников Владимир Александрович
RU2787546C1
СПОСОБ ПРОИЗВОДСТВА ПОРТЛАНДЦЕМЕНТНОГО КЛИНКЕРА ИЗ ПРОМЫШЛЕННЫХ ОТХОДОВ 2007
  • Голубев Анатолий Анатольевич
  • Гудим Юрий Александрович
RU2347764C2
Способ переработки отходов сталеплавильного производства с получением портландцементного клинкера и чугуна 2016
  • Михеенков Михаил Аркадьевич
  • Шешуков Олег Юрьевич
  • Некрасов Илья Владимирович
RU2629424C1
СПОСОБ ОБОГАЩЕНИЯ ПИРИТИЗИРОВАННЫХ ВЫСОКОКРЕМНИСТЫХ МАЛОЖЕЛЕЗИСТЫХ БОКСИТОВ 2015
  • Первушин Николай Григорьевич
  • Миронов Станислав Евгеньевич
RU2611871C2
ШИХТА ДЛЯ ПОЛУЧЕНИЯ ГЛИНОЗЕМА 2006
  • Сенюта Александр Сергеевич
  • Давыдов Иоан Владимирович
  • Голованов Анатолий Александрович
  • Дьяченко Мая Георгиевна
RU2327642C1
Шихта для получения окускованного материала из глиноземистых железорудных материалов 1973
  • Ходак Леонид Залманович
  • Гесс-Де-Кальве Борис Александрович
SU457730A1

Реферат патента 2009 года СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ АЛЮМОКАЛЬЦИЕВЫХ ШЛАКОВ

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.

Формула изобретения RU 2 356 955 C2

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.

Документы, цитированные в отчете о поиске Патент 2009 года RU2356955C2

US 3876749 А, 08.04.1975
Способ переработки алюминийсодержащей минеральной части углей на глинозем 1984
  • Нуркеев Самат Сагиевич
  • Коспанов Мурат Мукашевич
  • Тарасов Михаил Сергеевич
  • Тимофеев Владимир Васильевич
  • Медведев Виктор Владимирович
  • Романов Лев Григорьевич
  • Спивак Юлий Михайлович
SU1247346A1
СПОСОБ ИЗВЛЕЧЕНИЯ АЛЮМИНИЯ, КАЛЬЦИЯ И РЕДКОЗЕМЕЛЬНЫХ МЕТАЛЛОВ ИЗ КРАСНЫХ ШЛАМОВ 1992
  • Комаров П.В.
  • Поляков М.С.
  • Шильников А.Ю.
RU2048556C1
СПОСОБ ИЗВЛЕЧЕНИЯ АЛЮМИНИЯ, КАЛЬЦИЯ И РЕДКОЗЕМЕЛЬНЫХ МЕТАЛЛОВ ИЗ КРАСНЫХ ШЛАМОВ ГЛИНОЗЕМНЫХ ПРОИЗВОДСТВ 1992
  • Комаров П.В.
  • Молотилкин В.К.
  • Поляков М.С.
  • Шильников А.Ю.
RU2034066C1
CN 1408886 A, 09.04.2003
Способ переработки красного шлама, содержащего титан 1958
  • Ни Л.П.
  • Пономарев В.Д.
  • Сажин В.С.
SU117646A1

RU 2 356 955 C2

Авторы

Первушин Николай Григорьевич

Первушина Вера Павловна

Даты

2009-05-27Публикация

2007-04-24Подача