СПОСОБ ПЕРЕРАБОТКИ БОКСИТОВ Российский патент 2019 года по МПК C22B3/00 

Изобретение относится к области химической и металлургической промышленности и может быть использовано для переработки бокситов.

Из уровня техники известен способ переработки бокситов на глинозем (Патент России на изобретение №2494965, опубликован 10.10.2013), включающий размол боксита в оборотном растворе, выщелачивание, сгущение с получением алюминатного раствора и красного шлама, промывку красного шлама, декомпозицию алюминатного раствора с получением гидроксида алюминия и маточного раствора, выпарку маточного раствора с получением оборотного раствора и кальцинацию гидроксида алюминия с получением глинозема, причем полученную после размола боксита в оборотном растворе пульпу нагревают до удаления воды из оборотного раствора с получением сухого остатка, упаренную воду конденсируют, соединяют с сухим остатком и направляют на выщелачивание, а после операции сгущения алюминатный раствор подвергают операции обескремнивания с получением белого шлама и алюминатного раствора, который направляют на операцию декомпозиции.

Недостатком известного способа является сложность процесса переработки бокситов, а также использование щёлочи в технологической цепочке.

Известен способ получения глинозема из хромсодержащих бокситов (Патент России на изобретение №2613983, опубликован 22.03.2017), включающий мокрое спекание шихты, выщелачивание пека промывной водой с получением алюминатных растворов, из которых извлекают гидроксид алюминия, причем боксит отдельно от известняка подвергают мокрому измельчению на упаренном оборотном содовом растворе при объемном отношении Ж:Т=3:1 с получением пульпы с частицами крупностью менее 0,05 мм, затем пульпу подвергают магнитной сепарации с получением магнитного и немагнитного продуктов, далее магнитный продукт с содержанием в нем оксида хрома от 25 до 30 % отправляют на переработку на хромат натрия, а немагнитный продукт вместе с измельченным известняком и свежей содой направляют на корректировку шихты, после чего шихту спекают, полученный спек выщелачивают промывной водой с получением алюминатных растворов, из которых извлекают гидроксид алюминия, гидроксид алюминия фильтруют, промывают и направляют на кальцинацию.

Недостатком известного способа является сложность процесса переработки бокситов, громоздкость технологической цепочки, а также использование реагентов в технологической цепочке.

Известен способ получения неорганических гидравлических вяжущих веществ из материала техногенного или природного происхождения или из их сочетания по меньшей мере один произвольный материал из группы (Патент России на изобретение №2505362, опубликован 27.01.2014), включающей материалы, получаемые путем сгорания твердых топлив, металлургический шлак, боксит или известняк, подвергают физической обработке, заключающейся в действии по меньшей мере одного импульса силы для пропускания механической энергии E_tk к частицам обрабатываемого материала путем действия силы от 50 до 3⋅10⁵ Н по отношению к 1 г обрабатываемого материала в течение очень короткого времени от 1⋅10^-6 до 1⋅10^-2 с и/или магнитной энергии E_tm переменного магнитного поля с частотой от 150 до 15⋅10⁶ Гц и магнитной индукцией от 10^-2 до 10³ Тл.

Недостатком известного способа является сложная структура образования нескольких видов энергий, требующая различных технических устройств для их получения, причём перечисленные энергии - механические, магнитные и волновые воздействуют по отдельности, в связи с этим реализация данного способа характеризуется технической сложностью.

Известен способ извлечения магнитного вещества из глиноземсодержащей руды (Заявка на патент JPH06340934A, опубликована 13.12.1994), принятый за прототип, включающий этап измельчения боксита, этап разделения измельченного материала по крупности, отделение крупного материала и его доизмельчение до крупности менее 50 мкм, предпочтительно около 10 мкм или менее, после чего проводят этап диспергирования измельченного боксита в растворе щелочи с рН от 9 до 12, после чего проводят этап магнитной сепарации при напряженности магнитного поля от 1 до 10 кгс.

Недостатком известного способа является сложность процесса переработки бокситов, а также использование в способе щёлочи.

К общим недостаткам описанных выше технических решений, в том числе прототипа, следует отнести сложность процесса переработки бокситов, громоздкость технологических схем, использование различных технологических устройств, требующих образование различных сил и энергий, необходимость использования щёлочи в технологической цепочке. Кроме того, существенным недостатком известных технических решений является получение большого количества экологически небезопасного побочного продукта - красного шлама.

Таким образом, предлагаемым изобретением решается техническая проблема, заключающаяся в сложности переработки бокситов.

Технический результат заявляемого изобретения заключается в упрощении процесса переработки бокситов при повышении его эффективности.

Указанный технический результат достигается за счёт того, что способ переработки бокситов включает этап их предварительного измельчения, этап смешивания измельченного боксита с водой, обработанной магнитным полем, до состояния пульпы, этап воздействия на пульпу в реакционной камере вращающимся магнитным полем, образованным вращающимися ферромагнитными элементами, причем упомянутый этап проводят в вихревом слое при скорости вращения ферромагнитных элементов не менее 2800 об/мин до возникновения эффекта магнитострикции и образования сил и энергий, обеспечивающих восстановление металлов, после чего проводят этап разделения полученной смеси оксидов металлов.

В дополнительном аспекте предложенное техническое решение характеризуется тем, что этап предварительного измельчения бокситов проводят до крупности меньшей диаметра ферромагнитных элементов.

В дополнительном аспекте предложенное техническое решение характеризуется тем, что длина ферромагнитных элементов задана из диапазона от 5 до 30 мм, а диаметр от 1 до 2 мм.

В дополнительном аспекте предложенное техническое решение характеризуется тем, что ферромагнитные элементы выполнены из никеля и покрыты пластмассой.

В дополнительном аспекте предложенное техническое решение характеризуется тем, что ферромагнитные элементы выполнены из сплава неодим-железо-бор и покрыты пластмассой.

В дополнительном аспекте предложенное техническое решение характеризуется тем, что рН воды, обработанной магнитным полем, составляет не менее 7 единиц.

В дополнительном аспекте предложенное техническое решение характеризуется тем, что вязкость пульпы не превышает 2,25 мПа⋅с.

В дополнительном аспекте предложенное техническое решение характеризуется тем, что для образования вращающегося магнитного поля и вихревого слоя используют аппараты вихревого слоя или установки активации процессов.

В дополнительном аспекте предложенное техническое решение характеризуется тем, что этап разделения смеси оксидов металлов проводят в гидроциклонах.

В дополнительном аспекте предложенное техническое решение характеризуется тем, что этап гидроциклонного разделения проводят в герметичных ёмкостях в среде инертных газов с наличием в них допустимого количества кислорода.

Предлагаемая совокупность этапов заявляемого способа направлена на извлечение целевых продуктов из бокситов без образования отходов (красного шлама).

На первом этапе проводят предварительное измельчение бокситов любым способом, известным из уровня техники, например, в шаровой мельнице или в конусной дробилке, до крупности меньшей диаметра ферромагнитных элементов. При заявленной крупности боксита повышается эффективность его переработки. В случае, когда крупность боксита больше диаметра ферромагнитных элементов процесс восстановления целевых продуктов не происходит.

Магнитную подготовку воды проводят с целью увеличения её рН. Кроме того, за счет обработки воды магнитным полем обеспечивается непрерывное выделение ионов водорода во вращающемся магнитном поле в реакционной камере, в результате чего создаются условия для протекания процесса восстановления металлов и образования их оксидов на следующем этапе. После магнитной обработки рН воды составляет не менее 7 единиц, что способствует протеканию процесса электролиза на этапе воздействии на пульпу вращающимся магнитным полем. При рН воды менее 7 единиц процесс электролиза прекращается, при этом без протекания электролитического процесса затруднено выделение в водный раствор оксидов металлов, входящих в состав боксита.

Последующее смешивание боксита с водой, обработанной магнитным полем, проводят контролируя вязкость образующейся пульпы. Вязкость пульпы не должна превышать 2,25 мПа⋅с. Рост вязкости влияет на скорость вращения ферромагнитных элементов и, как следствие, на образующийся вихревой слой. При вязкости пульпы более 2,25 мПа⋅с, на этапе воздействия на неё вращающимся магнитным полем, ухудшается её движение, в результате чего замедляется скорость физико-химических процессов, происходящих в реакционной камере.

За счет проведения процесса переработки бокситов в вихревом слое, при скорости вращения ферромагнитных элементов не менее 2800 об/мин, до возникновения эффекта магнитострикции и образования сил и энергий, обеспечивающих восстановление металлов, достигается извлечение целевых продуктов из бокситов, причем ликвидируется двойной электрический слой. При воздействии на пульпу вращающимся магнитным полем, созданным вращающимися ферромагнитными элементами, при скорости их вращения не менее 2800 об/мин в реакционной камере возникает эффект магнитострикции и образуются следующие силы и энергии:

-акустические волны;

-магнитный гидравлический импульс (удар);

-тепловая энергия;

- звуковые волны;

-кавитация механическая;

-кавитация гидродинамическая;

-кавитация акустическая;

-механическая сила удара;

-механическая сила трения;

-ультразвук.

Кроме перечисленных сил и энергий в процессе переработки принимают участие:

- центробежная сила вращения ферромагнитных элементов;

-центробежная сила вращения пульпы;

-электромагнитные волны;

- процесс электролиза.

Перечисленные процессы протекают одновременно, воздействуя на химические соединения, входящие в состав бокситов, с получением оксидов металлов. Скорость вращения ферромагнитных элементов должна составлять не менее 2800 об/мин, в предпочтительном варианте выполнения способа не менее 3000 об/мин. При заданной скорости в вихревом слое возникают все перечисленные силы и энергии. При скорости вращения ферромагнитных элементов менее 2800 об./мин. не происходит восстановление металлов, а также не происходит сопутствующее измельчение бокситов, поскольку в этом случае система работает как смеситель.

Ферромагнитные элементы, изготовленные из никеля, покрытые пластмассой, увеличивают магнитострикцию в 200 раз по отношению к ферромагнитным элементам, выполненным из различных марок стали, а изготовленные из сплава неодим-железо-бор в 1000 раз и более. Покрытие ферромагнитных элементов пластмассой исключает растворение основного металла ферромагнитного элемента и его переход в воду на этапе обработки воды магнитным полем, и в пульпу, на этапе воздействия на неё вращающимся магнитным полем. За счет использования выбранных ферромагнитных элементов обеспечивается создание высоких параметров магнитострикции, что многократно ускоряет скорость протекания реакций восстановления. Для образования вихревого слоя количество ферромагнитных элементов в реакционной камере составляет от нескольких десятков до несколько тысяч штук. Ферромагнитные элементы вращаясь, создают множество электролизных микроячеек, непрерывная работа которых выдаёт ионы имеющие заряды различной полярности (создаются условия протекания процесса электролиза). При протекании процесса электролиза ферромагнитные элементы, выполненные из никеля или из сплава неодим-железо-бор, являются электродами, обеспечивающие образование водорода. Образующийся водород, в свою очередь, является восстановителем в системе. Для образования вращающегося магнитного поля и вихревого слоя используют аппараты вихревого слоя или установки активации процессов.

Длина ферромагнитных элементов задана из диапазона от 5 до 30 мм, а диаметр от 1 до 2 мм. При использовании ферромагнитных элементов заданной длины и диаметра обеспечивается максимальная сила удара на частицу боксита, а также обеспечивается максимальное количество ударов по частицам боксита, что способствует повышению эффективности процесса переработки бокситов.

Этап разделения смеси оксидов металлов предпочтительно проводят в гидроциклонах в среде инертных газов с наличием в них допустимого количества кислорода. Преимуществом гидроциклонного разделения в среде инертных газов в данном случае является быстрота разделения, а также высокая удельная производительность, эффективность и надежность. Для повышения безопасности этап гидроциклонного разделения проводят в герметичных ёмкостях в среде инертных газов с наличием в них допустимого количества кислорода. Возможно разделение смеси оксидов металлов и другими способами, например, гравитацией, магнитной сепарацией, ультразвуком.

Способ осуществляется следующим образом. В ёмкость, подаётся вода до её заполнения. При заполнении заданного объёма срабатывает датчик уровня воды, при этом запускается водяной насос трубопровода подачи воды в магнитный активатор (аппарат вихревого слоя или установка активации процессов) одновременно с запуском водяного насоса трубопровода запускается магнитный активатор, в который помещают ферромагнитные элементы, после чего происходит магнитная обработка воды в вихревом слое. Обработанная вода (рН воды составляет не менее 7 единиц) из магнитного активатора поступает в ёмкость, из которой по трубопроводу она подаётся в накопительную ёмкость.

К обработанной магнитным полем воде добавляют бокситы, получая при этом пульпу с вязкостью не более 2,25 мПа⋅с. При этом бокситы предварительно измельчаются до крупности меньшей диаметра ферромагнитных элементов. Полученная пульпа подаётся в магнитный активатор (аппарат вихревого слоя или установка активации процессов), представляющий собой реакционную камеру, состоящую из трубы из немагнитного материала, индуктора со статором асинхронного двигателя мощностью не менее 3 кВт с двумя обмотками трехфазного тока и корпуса. Во внутреннюю полость немагнитной цилиндрической трубы магнитного активатора закладываются ферромагнитные элементы цилиндрической формы из никеля, покрытые пластмассой, или ферромагнитные элементы, выполненные из сплава неодим-железо-бор также покрытые пластмассой. Реакционная камера из немагнитного материала может быть выполнена в виде трубы из нержавеющих сталей, композиционных материалов, базальта, стеклопластика, стекловолокна, резины и других материалов. При подаче 3-х фазного тока начинает вращаться магнитное поле внутри реакционной камеры с одновременным вращением ферромагнитных элементов, в которых возникают магнитострикционные явления. Процесс переработки бокситов протекает в вихревом слое, образованным ферромагнитными элементами, при этом скорость вращения ферромагнитных элементов составляет не менее 2800 об/мин. Этап воздействия на пульпу вращающимся магнитным полем проводят до возникновения эффекта магнитострикции и образования сил и энергий, обеспечивающих восстановление металлов. Время воздействия на пульпу вращающимся магнитным полем определяется заданным технологическим процессом получаемой размерности порошка и может составлять от 30 секунд и более, при условии получения порошков гранулометрической размерностью в интервале от 40 до 70 мкм. В результате процессов, происходящих в реакционной камере, на выходе водяная пульпа представляет собой механическую смесь, состоящую из воды и химических соединений: Al₂O_3, SiО₂, Fe₂О₃, ТiO₂, МgО, СаО, К₂О и др.

Полученную смесь шламовым насосом подают на этап разделения предпочтительно в группу гидроциклонов и центрифуг для отделения воды и накопления полученных оксидов металлов в ёмкостях, которые заполнены инертными газами с наличием в них допустимых количеств кислорода. После отделения воды она возвращается в технологический процесс переработки. Предлагаемый способ обеспечивает получение оксидов металлов без образования отходов (красного шлама).

Способ поясняется примерами.

Пример 1. На первом этапе была обработана вода магнитным полем (полученная вода имеет рН = 7) после чего она смешивалась с 40 кг бокситов до состояния пульпы вязкостью 2,25мПа⋅с, причем бокситы были предварительно измельчены до крупности меньшей диаметра ферромагнитных элементов. Затем проводился этап воздействия на пульпу вращающимся магнитным полем, образованным вращающимися ферромагнитными элементами, в реакционной камере, причем упомянутый этап проводили в вихревом слое, при этом скорость вращения ферромагнитных элементов составляла 2800 об/мин. Этап воздействия на пульпу вращающимся магнитным полем проводили до возникновения эффекта магнитострикции образования сил и энергий, обеспечивающих восстановление металлов. Для образования вращающегося магнитного поля использовался аппарат вихревого слоя. Ферромагнитные элементы длинной 5 мм и диаметром 1 мм выполнены из никеля и покрыты пластмассой. После воздействия на пульпу вращающимся магнитным полем был проведен этап гидроциклонного разделения, полученной смеси оксидов металлов, в среде инертных газов с наличием в них допустимого количества кислорода. В результате переработки бокситов получено 35,2 кг Al₂O₃; 1,48 кг TiO₂; 1,28 кг SiО₂; 0,32 кг Fe₂O₃; 0,1 кг К₂O; 0,08 кг MgO; 1,54 кг CaO.

Пример 2. На первом этапе была обработана вода магнитным полем (полученная вода имеет рН = 8) после чего она смешивалась с 40 кг бокситов до состояния пульпы вязкостью 2 мПа·с, причем бокситы были предварительно измельчены до крупности меньшей диаметра ферромагнитных элементов. Затем проводился этап воздействия на пульпу вращающимся магнитным полем, образованным вращающимися ферромагнитными элементами, в реакционной камере, причем упомянутый этап проводили в вихревом слое, при этом скорость вращения ферромагнитных элементов составляла 3000 об./мин. Этап воздействия на пульпу вращающимся магнитным полем проводили до возникновения эффекта магнитострикции и образования сил и энергий, обеспечивающих восстановление металлов. Для образования вращающегося магнитного поля использовалась установка активации процессов. Ферромагнитные элементы длинной 30 мм и диаметром 2 мм выполнены из сплава неодим-железо-бор и покрыты пластмассой. После воздействия на пульпу вращающимся магнитным полем был проведен этап гидроциклонного разделения, полученной смеси оксидов металлов, в среде инертных газов с наличием в них допустимого количества кислорода. В результате переработки бокситов получено 34,8 кг Al₂O_3; 1,79 кг TiO₂; 1,74 кг SiО₂; 0,30 кг Fe₂O₃; 0,11 кг К₂O; 0,09 кг MgO; 1,17 кг CaO.

Таким образом, как показано в выше приведённом описании изобретения, достигается технический результат, заключающийся в упрощении процесса переработки бокситов при повышении его эффективности.

Изобретение относится к способу переработки бокситов. Способ включает предварительное измельчение боксита, смешивание измельченного боксита с водой, обработанной магнитным полем, до состояния пульпы, воздействие на пульпу в реакционной камере вращающимся магнитным полем, образованным вращающимися ферромагнитными элементами, которое проводят в вихревом слое при скорости вращения ферромагнитных элементов не менее 2800 об/мин до возникновения эффекта магнитострикции с обеспечением восстановления металлов и получения оксидов металлов, после чего проводят этап разделения полученной смеси оксидов металлов. Обеспечивается упрощение процесса переработки бокситов при повышении его эффективности. 9 з.п. ф-лы, 2 пр.

1. Способ переработки бокситов, включающий этап их предварительного измельчения, отличающийся тем, что он включает этап смешивания измельченного боксита с водой, обработанной магнитным полем, до состояния пульпы, этап воздействия на пульпу в реакционной камере вращающимся магнитным полем, образованным вращающимися ферромагнитными элементами, причем воздействие на пульпу проводят в вихревом слое при скорости вращения ферромагнитных элементов не менее 2800 об/мин до возникновения эффекта магнитострикции с обеспечением восстановления металлов и получения оксидов металлов, после чего проводят этап разделения полученной смеси оксидов металлов.

2. Способ по п.1, отличающийся тем, что этап предварительного измельчения бокситов проводят до крупности, меньшей диаметра ферромагнитных элементов.

3. Способ по п.1, отличающийся тем, что используют ферромагнитные элементы длиной от 5 до 30 мм и диаметром от 1 до 2 мм.

4. Способ по п.1, отличающийся тем, что ферромагнитные элементы выполняют из никеля с покрытием пластмассой.

5. Способ по п.1, отличающийся тем, что ферромагнитные элементы выполняют из сплава неодим-железо-бор с покрытием пластмассой.

6. Способ по п.1, отличающийся тем, что рН воды, обработанной магнитным полем, составляет не менее 7 единиц.

7. Способ по п.1, отличающийся тем, что вязкость пульпы не превышает 2,25 мПа⋅с.

8. Способ по п.1, отличающийся тем, что для образования вращающегося магнитного поля и вихревого слоя используют аппараты вихревого слоя или установки активации процессов.

9. Способ по п.1, отличающийся тем, что этап разделения смеси оксидов металлов проводят в гидроциклонах.

10. Способ по п.9, отличающийся тем, что этап гидроциклонного разделения проводят в герметичных ёмкостях в среде инертных газов с наличием в них допустимого количества кислорода.