СПОСОБ ПЕРЕРАБОТКИ КРАСНОГО ШЛАМА Российский патент 2017 года по МПК C22B7/00 B03C1/00 

Область техники, к которой относится изобретение

Изобретение относится к переработке красных шламов – отходов алюминиевого производства. Мировое производство алюминия достигает 50 миллионов тонн в год. Исходное сырье для этого - бокситы, в ходе металлургической переработки которых (методом Байера и спекания) выделяют глинозем, а затем электролизом - непосредственно алюминий. Красный шлам - результат наиболее распространенного в мировой алюминиевой промышленности метода получения алюминия из бокситов, так называемого метода Байера. Для переработки красных шламов с целью получения товарных продуктов, в частности получения, преимущественно железосодержащего компонента, на сегодняшний день предлагаются пиро- и гидрометаллургические способы. Пирометаллургические технологии предполагают магнитное отделение железосодержащих компонентов красного шлама от немагнитной фракции.

Уровень техники

В соответствии с технологией метода Байера боксит дробят, а затем размалывают в среде концентрированного щелочного раствора. Для более полного перевода оксида алюминия в раствор процесс выщелачивания осуществляется при небольших количествах извести. В результате получается пульпа, состоящая из раствора алюмината натрия и красного шлама. Затем шлам отделяют от раствора отстаиванием и отправляют на отвал. Основная масса красного шлама состоит из очень мелких частиц (размером 1-10 мкм и даже меньше), которые осаждаются очень медленно. Шлам имеет сильную щелочную реакцию, а его точный химический состав зависит от используемых в производстве бокситов и особенностей технического процесса. В красный цвет его окрашивает главный компонент - оксид железа. Ориентировочный состав красного шлама: оксида железа (40-45%), непереработанные остатки оксида алюминия (10-15%), кремнезем (10-15%), известь (6-10%), аморфный диоксид титана (4-5%), связанный диоксид натрия (5-6%).

На сегодняшний день идеология безотходной переработки бокситов базируется на принципах гидрометаллургического извлечения глинозема и последующей утилизации красного шлама с использованием приемов обогащения и рационального сочетания пиро- и гидрометаллургических процессов. Современные тенденции в переработке красных шламов, в том числе, определяются успехами в обогащении низкокачественного алюминийсодержащего сырья.

Известен способ переработки красных шламов по патенту RU 2027683 МПК C02F 11/12, включающий выдачу красных шламов из хранилища, загрузку в устройство для удаления влаги, выпаривание, охлаждение и складирование шламов, в котором красные шламы до выпаривания подвергают обработке электрическим полем постоянного тока, разделяют их на две части: первую - жидкую с минимальным количеством твердых включений удаляют, вторую - с повышенной концентрацией твердой фазы выпаривают. Недостаток этого способа - большое энергопотребление.

Известен также способ переработки мелкодисперсного красного шлама на основе оксидов металлов и кремниевых соединений по патенту RU 2588910 МПК С22B7, включающий его измельчение и последующее разделение с помощью магнитного поля на магнитную и немагнитную фракции, в котором шлам нагревают до температуры 120…180 градусов Цельсия, а измельчение производят с одновременным разделением красного шлама на составные части путем пропускания красного шлама через дезинтегратор с вращающимся электромагнитным полем, с частотой вращения в диапазоне от 110 до 130 Гц и напряженностью от 100 до 160 А/м, разделяющим частицы красного шлама на окислы металлов и окислы кремния, после чего отводят воду, а сухой остаток подают на разделение с помощью магнитного поля на магнитную и немагнитную фракции: оксиды металлов и оксиды кремния. Этот аналог наиболее близок по существу к предлагаемому техническому решению и принят в качестве прототипа. Недостатком прототипа, также как и большинства известных аналогов, является большое энергопотребление вследствие неравномерности электромагнитного поля по сечению потока, из-за чего необходимо высокое значение его напряженности.

Раскрытие изобретения

Задачей предлагаемого решения является создание способа переработки красного шлама с наименьшим энергопотреблением.

Данная задача решается тем, что в способе переработки красного шлама, включающем его измельчение и последующее разделение с помощью магнитной сепарации на магнитную и немагнитную фракции, новым является то, что красные шламы смешивают с активированной магнитным полем водой до состояния пульпы, для измельчения шлама формируют поток пульпы, пропускают его через «кипящий слой» ферромагнетиков, на который воздействуют вращающимся магнитным полем, частоту вращения магнитного поля изменяют до появления в потоке кавитации, при резонансе колебаний ферромагнетиков с собственными колебаниями частиц пульпы в диапазоне частот 14…25 кГц, которыми разрушают твердые фракции пульпы на составляющие мелкодисперсные элементы, после чего их отправляют на магнитную сепарацию для разделения на виды, а воду отводят и используют в последующем цикле.

Осуществление изобретения

Предлагаемый способ переработки красного шлама позволяет реализовать его в промышленных условиях в виде реактора, представляющего собой трубу из немагнитного материала, которую охватывает или статор асинхронного двигателя или кольцевая конструкция из постоянных магнитов, в которую помещают ферромагнитные элементы в виде стержней, кубиков или пластинок произвольной формы. При подаче напряжения в обмотку или, вращая конструкцию с постоянными магнитами, регулируют частоту вращения, добиваясь резонанса колебаний ферромагнетиков с собственными колебаниями частиц пульпы в диапазоне частот 14…25 кГц, который определен экспериментальным путем, при этом масса ферромагнетиков начинает вести себя как ротор асинхронного двигателя и ферромагнетики начинают вращаться, сталкиваться между собой и взаимодействовать с пульпой, вызывая массовую кавитацию, которая совместно с резонансом вызывает развал твердых фракций пульпы, освобождая металлоорганику, содержащуюся в красных шламах. В конце процесса отводят воду, а твердые фракции направляют на магнитную сепарацию.

По сравнению с аналогами, которые требуют сотни киловатт для расплавления или, по крайней мере, разогрева перерабатываемой массы красных шламов и электропитания цепочки устройств для реализации, предлагаемый способ требует мощности малого или среднего асинхронного двигателя для того, чтобы привести ферромагнетики в состояние резонансных колебаний и вызвать явление кавитации для разрушения твердой составляющей красных шламов до дисперсионного состояния, позволяя достигнуть заявленного технического эффекта.

Изобретение относится к переработке красных шламов - отходов алюминиевого производства. Красный шлам измельчают и разделяют с помощью магнитной сепарации на магнитную и немагнитную фракции. Перед измельчением красные шламы смешивают с активированной магнитным полем водой до состояния пульпы. Для измельчения шлама формируют поток пульпы и пропускают его через «кипящий слой» ферромагнетиков, на который воздействуют вращающимся магнитным полем. Частоту вращения магнитного поля изменяют до появления в потоке пульпы кавитации при резонансе колебаний ферромагнетиков с собственными колебаниями частиц пульпы в диапазоне частот 14-25 кГц с разрушением твердых фракций пульпы на составляющие мелкодисперсные элементы. После этого их отправляют на магнитную сепарацию для разделения на виды, а воду отводят для последующего цикла. Техническим результатом является переработка шлама с наименьшим энергопотреблением.

Способ переработки красного шлама, включающий его измельчение и последующее разделение магнитной сепарацией на магнитную и немагнитную фракции, отличающийся тем, что перед измельчением красные шламы смешивают с активированной магнитным полем водой до состояния пульпы, для измельчения шлама формируют поток пульпы, пропускают его через «кипящий слой» ферромагнетиков, на который воздействуют вращающимся магнитным полем с изменением частоты вращения магнитного поля до появления в потоке пульпы кавитации при резонансе колебаний ферромагнетиков с собственными колебаниями частиц пульпы в диапазоне частот 14-25 кГц, разрушающих твердые фракции пульпы на составляющие мелкодисперсные элементы, которые после отвода воды для последующего цикла отправляют на магнитную сепарацию.