Способ переработки бокситов Российский патент 2021 года по МПК C22B3/12 C01F7/02 C21B15/00 

Изобретение относится к области цветной металлургии и может быть использовано при переработке бокситов в целях повышения полноты (комплексного) использования бокситовой руды с извлечением основных макрокомпонентов – алюминия и железа.

Известен способ переработки бокситов, который включает в себя автоклавное выщелачивание «сырой» пульпы, полученной путем добавления в боксит оборотного раствора и обожженной при температуре 1200-1300°С извести в количестве 12-14 масс.% от массы боксита. Выщелачивание осуществляют при соотношении жидкое:твердое, равном 3.0÷3.5:1, давлении 30-32 атм и температуре 230-235°С в течение 2-2,5 часов. При этом степень извлечения алюминия в раствор достигала 94%. (RU2707223, МПК C01F7/06 C01F7/14 C22B3/12, 2019год).

Недостатком способа является переведение в красный шлам, отход производства бокситов, соединений железа в форме Fe₂O₃(гематит) и FeO(OH) (гетит), не обладающих магнитными свойствами, что делает невозможным разделение железосодержащих фаз и алюмосиликатных фаз, и, как следствие, невозможность повышения полноты использования глиноземной руды.

Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому способу является способ переработки бокситов с получением магнетита, в котором в качестве активного реагента для конверсии гематита (Fe₂O₃) в магнетит (Fe₃O₄) с одновременным проведением процесса выщелачивания алюминия в раствор используется порошок металлического железа в количестве до 10 масс.% от количества боксита. При этом извлечение алюминия в раствор составляет до 99%, а степень конверсии гематита в магнетит до 60% (Transformation of hematite in diasporic bauxite during reductive Bayer digestion and recovery of iron Xiao-bin Li, Yi-lin Wang, Qiu-sheng Zhou, Tian-gui Qi, Gui-hua Liu, Zhi-hong Peng, Hong-yang Wang Trans. Nonferrous Met. Soc. China 27(2017) 2715−2726) (прототип).

К недостаткам способа следует отнести высокую температуру процесса 270°С, которая трудно реализуется в условиях промышленного производства, а также относительно невысокую степень конверсии гематита в магнетит.

Таким образом, перед авторами стояла задача разработать способ переработки бокситов, обеспечивающий наряду с высоким извлечением алюминия в раствор одновременное переведение гематита в магнетит, что позволит получать красный шлам с высоким содержанием магнетита, обладающего высокими магнитными свойствами, и в дальнейшем даст возможность отделения железосодержащей фракции и алюмосиликатов с использованием магнитной сепарации.

Поставленная задача решена в способе переработки бокситов путем автоклавной обработки пульпы в присутствие гидроксида натрия и активного агента, в котором в качестве активного агента используют механическую смесь порошков металлов, состоящую, %: железо – 49-51; алюминий – 24-26; магний – 24-26; в количестве 15-20 мас.% от массы боксита и автоклавную обработку осуществляют при соотношении Ж:Т, равном 8÷9:1, давлении 15÷16 МПа и температуре 210÷220°С, после чего пульпу охлаждают до 70÷100°С и добавляют дистиллированную воду при температуре 80÷90°С до получения Ж:Т, равным 17÷18:1, перемешивают, охлаждают и фильтруют.

В настоящее время из патентной и научно-технической литературы не известен способ переработки бокситов путем автоклавной обработки в заявленных пределах технологических параметров в присутствии смеси порошком металлов железа, алюминия и магния.

Более 95% бокситов в промышленности перерабатывается способом Байера, при этом содержание гематита (Fe₂O₃) нередко составляет 80-90% от общего содержания железа в боксите. В процессе выщелачивания соединения железа переходят в красный шлам, отход производства процесса Байера. Таким образом, красный шлам содержит соединения железа в форме Fe₂O₃(гематит) и FeO(OH)(гетит), которые не обладают магнитными свойствами, что делает невозможным разделение железосодержащих фаз и алюмосиликатных фаз. Поэтому перспективной является переработка бокситов с получением красных шламов, содержащих железо в минералах с сильными магнитными свойствами (магнетита, маггемита), что облегчит его последующее отделение от немагнитных фаз. Исследования, проведенные авторами, позволили разработать способ переработки бокситов, обеспечивающий наряду с высоким извлечением алюминия в раствор одновременное переведение гематита в магнетит в более “мягких” условиях, чем в известном способе-прототипе. Так, предлагаемые авторами условия исключают для интенсификации процесса необходимость, во-первых, использования стальных шаров, помещенных в реакционную емкость, во-вторых, погружение автоклава в ячейку с расплавленным нитратом. При этом процесс, проводимый при более низкой температуре, обеспечивает более высокий процент конверсии гематита в магнетит. Известный способ-прототип и предлагаемый способ основаны на способности гематита к восстановлению до магнетита в присутствии водорода. В известном способе получение водорода обеспечивается взаимодействием железа с водным раствором щелочи. Исследования, проведенные авторами, позволили выявить, что процесс образования водорода значительно интенсифицируется при использовании в качестве активного агента смеси порошков, состоящей из железа, алюминия и магния. По-видимому, это связано с тем, что алюминий, магний и железо имеют разную активность в щелочной среде при повышенной температуре и давлении начинают взаимодействовать со щелочью в разные интервалы времени и с разной скоростью. Самой высокой активностью обладает магний, при взаимодействии которого с водой выделяется водород, который в свою очередь уже запускает реакцию восстановления железа. Далее при повышении температуры и давления начинает протекать реакция взаимодействия алюминия со щелочью также с выделением водорода. В последнюю очередь при максимальной температуре и давлении начинается реакция взаимодействия железа со щелочью. Таким образом, выделение водорода и дальнейшее восстановление гематита происходит не реактивно, а постепенно на протяжении всего процесса, что обеспечивает повышение степени перехода гематита в магнетит. Причем экспериментальным путем установлено, что использование в качестве активного агента каждого металла по отдельности не обеспечивает повышение степени перехода гематита в магнетит, и только использование смеси порошков металлов в предлагаемом диапазоне их содержания обеспечивает синергетический эффект – повышение степени перехода гематита в магнетит параллельно с процессом выщелачивания. Наряду с созданием благоприятных условий для перехода гематита в магнетит необходимо было, чтобы эти условия не оказали отрицательного воздействия на степень перехода алюминия в раствор в процессе выщелачивания. В связи с чем, исследования авторов были направлены на определение совокупности технологических параметров процесса, обеспечивающих высокий процент перехода алюминия в раствор наряду с высоким процентом перехода гематита в магнетит. Так, при проведении автоклавной обработки при температуре ниже 210°С и давлении ниже 15МПа приводит к снижению извлечения алюминия в раствор. При повышении температуры выше 220°С и давлении выше 16 МПа процесс становится взрывоопасным за счет повышения реактивности прохождения реакции взаимодействия металлов со щелочью. При соотношении Ж:Т меньше, чем 8:1, наблюдается снижение растворимости алюминия и натрия за счет повышение вязкости автоклавной пульпы. Кроме того, ухудшаются условия восстановления железа, и снижается степень перехода гематита в магнетит. При соотношении Ж:Т больше, чем 9:1, ведет к излишнему расходу щелочи. Введение смеси порошков металлов менее 15 мас.% ведет к снижению степени перехода гематита в магнетит за счет недостаточного количества получаемого водорода. Введение смеси порошков металлов более 20 мас.% ведет к перерасходу исходного порошка.

Предлагаемый способ может быть осуществлен следующим образом. Боксит состава, масс.%: Fe₂O₃-28,59; Al₂O₃-61,24; SiO₂ – 3,45, TiO₂ – 1,98, CaO – 4,48 помещают в автоклав, туда же помещают 30%-ный раствор NaOH при соотношении Ж:Т равном 8,0÷9,0:1 и порошок смеси металлов, содержащей,%: Fe-49-51, Al-24-26, Mg-24-26, в количестве 15-20 мас.% от массы боксита. Автоклавную обработку проводят при температуре 210-220°С, давлении 15-16 МПа в течение 1 часа. После выщелачивания пульпу охлаждают до 70-100°C, добавляют дистиллированную воду при температуре 80÷90°С до получения Ж:Т=17÷18:1, перемешивают, охлаждают и фильтруют. Проводят химический анализ алюминатного раствора с целью определения содержания алюминия, натрия и железа. Степень извлечения глинозема в раствор определяют по формуле: В_хим= 1-(А_шл*F_б/А_б*F_шл)*100, где А_б и F_б – содержание Al₂O₃ и Fe₂O₃ в боксите, % и А_шл и F_шл – содержание Al₂O₃ и Fe₂O₃ в шламе, масс.%. По данным химического и рентгенофазового анализа конечный продукт, полученный красный шлам, содержит 57-66 % общего железа преимущественно в виде магнетита Fe₃O₄, не более 8 масс.% Al₂O₃ и не более 0,3 масс.% Na₂O.

Предлагаемый способ переработки боксита иллюстрируется следующими примерами.

Пример 1. Берут 10,0 г сухого боксита химического состава, %: Fe₂O₃-28,59; Al₂O₃-61,24; SiO₂ – 3,45, TiO₂ – 1,98, CaO – 4,48, помещают в автоклавную установку (Parr 4560, США, объемом 450 см³, скорость перемешивания 100 об/мин). Туда же помещают 0,100 дм³ 30%- го раствора щелочи NaOH при соотношении Ж:Т=8:1; и 2,0 г смеси металлов, содержащей,%: Fe-49, Al-26, Mg-25 , что соответствует 20 мас. % от массы взятого боксита. Автоклавную обработку проводят при температуре 220°С, давлении 15 МПа в течение 1часа. После выщелачивания пульпу охлаждают до 70°C, затем добавляют дистиллированную воду при температуре 80°С до получения Ж:Т=17:1, перемешивают, охлаждают и фильтруют. Проводят химический и рентгенофазовый анализ полученных продуктов. По данным химического анализа степень извлечения глинозема в раствор составляет 95%, а красный шлам содержит 66,2% общего железа, в том числе в фазе магнетита Fe₃O₄ 65,1%, содержание Al₂O₃ составляет 6,32 %; Na₂O – 0,3 %.

Пример 2. Берут 10,0 г сухого боксита химического состава, %: Fe₂O₃-28,59; Al₂O₃-61,24; SiO₂ – 3,45, TiO₂ – 1,98, CaO – 4,48, помещают в автоклавную установку (Parr 4560, США, объемом 450 см³, скорость перемешивания 100 об/мин). Туда же помещают 0,100 дм³ 30%- го раствора щелочи NaOH при соотношении Ж:Т=9:1; и 1,5 г смеси металлов, содержащей,%: Fe-51, Al-24, Mg-25, что соответствует 15 мас. % от массы взятого боксита. Автоклавную обработку проводят при температуре 220°С, давлении 16 МПа в течение 1часа. После выщелачивания пульпу охлаждают до 100°C, затем добавляют дистиллированную воду при температуре 90°С до получения Ж:Т=18:1, перемешивают, охлаждают и фильтруют. Проводят химический и рентгенофазовый анализ полученных продуктов. По данным химического анализа степень извлечения глинозема в раствор составляет 94%, а красный шлам (магнетитовый концентрат) содержит 69,8 % общего железа, в том числе в фазе магнетита Fe₃O₄ 66,5 % , содержание Al₂O₃ составляет 7,99 %; Na₂O – 0,3 %.

Таким образом, авторами предлагается способ переработки бокситов, обеспечивающий наряду с высоким извлечением алюминия в раствор одновременное переведение гематита в магнетит, что позволит получать красный шлам с высоким содержанием магнетита, обладающего высокими магнитными свойствами, и в дальнейшем даст возможность разделения железосодержащей фракции и алюмосиликатов с использованием магнитной сепарации. При этом процесс проводится в одну стадию при пониженных значениях температуры и давления.

Изобретение относится к области цветной металлургии и может быть использовано при переработке бокситов с извлечением основных макрокомпонентов – алюминия и железа. Переработку бокситов осуществляют путем автоклавной обработки пульпы в присутствии гидроксида натрия и активного агента. В качестве активного агента используют механическую смесь порошков металлов, состоящую из, %: железо – 49-51, алюминий – 24-26, магний – 24-26, в количестве 15-20 мас.% от массы боксита. Автоклавную обработку осуществляют при соотношении Ж:Т 8÷9:1, давлении 15÷16 МПа и температуре 210÷220°. Полученную пульпу охлаждают до 70÷100°^°С и добавляют дистиллированную воду при температуре 80÷90°С до получения Ж:Т 17÷18:1, затем перемешивают, охлаждают и фильтруют. Способ обеспечивает высокое извлечение алюминия в раствор с одновременным переводом гематита в магнетит, что позволит получать красный шлам с высоким содержанием магнетита, обладающего высокими магнитными свойствами. При этом процесс проводят в одну стадию при пониженных значениях температуры и давления. 2 пр.

Способ переработки бокситов, включающий автоклавную обработку пульпы в присутствии гидроксида натрия и активного агента, отличающийся тем, что в качестве активного агента используют механическую смесь порошков металлов, состоящую из, %:

железо – 49-51,

алюминий – 24-26,

магний – 24-26,

в количестве 15-20 мас.% от массы боксита,

при этом автоклавную обработку осуществляют при соотношении Ж:Т, равном 8÷9:1, давлении 15÷16 МПа и температуре 210÷220°С, после чего пульпу охлаждают до 70÷100°С и добавляют дистиллированную воду при температуре 80÷90°С до получения соотношения Ж:Т, равного 17÷18:1, затем перемешивают, охлаждают и фильтруют.