СПОСОБ ПЕРЕРАБОТКИ ЩЕЛОЧНОГО АЛЮМОСИЛИКАТНОГО СЫРЬЯ Российский патент 2024 года по МПК C01F7/38 C22B3/12 C22B1/16 

Область техники

Изобретение относится к области химии и цветной металлургии и может быть использовано для переработки щелочного алюмосиликатного сырья методом спекания для производства глинозёма и содопродуктов, например, сода, поташ, сульфат калия.

Уровень техники

Известен способ получения глинозёма и содопродуктов из «сырой» или обогащённой нефелиновой руды, известняка и оборотных продуктов (содового раствора и шлама/-ов обескремнивания) методом спекания (А.И. Лайнер и др. «Производство глинозёма», М. Металлургия, 1978 г.; И.Н. Китлер, Ю.А. Лайнер «Нефелины комплексное сырьё алюминиевой промышленности», М. Металлургиздат, 1962 г., 238 с.).

Согласно известной технологии для получения алюминий- и щелочи-содержащего спёка готовят шихту из смеси «сырой» или обогащённой нефелиновой руды, известняка и оборотных продуктов. Шихту, размолотую до заданной крупности, спекают во вращающейся печи при температуре порядка 1220-1350 °С. Полученный спёк, раздробленный до заданной крупности, выщелачивают содово-щелочным раствором с получением щелочи-алюминатного раствора. Из щелочи-алюминатного раствора путём операций гидролиза, карбонизации, выпарки, кальцинации производят глинозём и содопродукты (соду, поташ, сульфат калия). При приготовлении шихты для спекания в ней соблюдаются заданные молярные отношения, т.е. дозировку известняка ведут на получение молярного отношения CaO / SiO₂ равного 2 ± 0,1 с целью получения при спекании малорастворимой фазы двухкальциевого силиката Ca₂SiO₄. Дозировку оборотного содового раствора ведут на молярное отношение R₂O (сумма Na₂O + K₂O – пересчитанное на Na₂O) / Al₂O₃ равного 1 ± 0,1, для получения в спёке хорошо растворимой фазы алюмината натрия NaAlO₂. Эти отношения, называемые известковым и щелочным модулями, соответственно, и соблюдаются, когда нефелиновая руда высокого качества, т.е. содержание в ней вредных примесей, в основном железа и серы, имеет незначительное количество. Например, нефелиновый концентрат с Кольского полуострова или часть руды с Кия-Шалтырского нефелинового рудника.

К сожалению, подавляющая часть нефелиновых руд содержит повышенное количество железо- и серосодержащих минералов (роговой обманки и др. амфиболов, эгирин-авгита, пирита и др. Fe-содержащих сульфидов, различных форм магнетита, в т.ч. титаномагнетита и др.). Железо и сера при спекании шихты также взаимодействуют с щелочами, образуя феррит натрия NaFeO₂ и сульфат натрия Na₂SO₄. Эти реакции приводят к нарушению молярных отношений глинозёма и щелочи (т.е. щелочного модуля) и, как следствие, к снижению величины извлечения глинозёма, вторичным потерям щелочи с плохо растворимым ферритом натрия и др.

Для решения проблемы нарушения молярного отношения в шихте из-за высокого содержания серы и железа на её приготовление подают дополнительное количество оборотного содового раствора (т.е. содержащего Na₂CO₃ в растворённом виде) для восстановления молярного отношения. Из-за этой технологической операции часть содового раствора не поступает на производство содопродуктов, что приводит к снижению их товарного выпуска на 10-20 %. Также соединения серы и железа образуют легкоплавкие составы, так называемые эвтектики, которые приводят к аварийным остановкам вращающихся печей спекания из-за образования внутри экстремально большого гарнисажа в виде колец и настылей.

В природе редко встречаются нефелиновые породы с низким содержанием железа. Поэтому уже в самом начале разработки технологии переработки нефелинов на глинозём был предложен способ спекания с восстановителем (древесным или бурым углём), дозируемым в количестве, достаточном для восстановления всего железа до металла (Е.И. Хазанов, А.Ф. Хлюпина, А.С. Бессонов, и др. «О спекании ужурских нефелиновых сиенитов с известняком в присутствие восстановителя», Тезисы доклада на III координационном совещании по проблеме «Создание металлургии лёгких металлов Восточной Сибири на базе местных руд» проводилось в Восточно-Сибирском филиале АН СССР, Иркутск, 1956 г.). Способ был разработан для переработки высокожелезистых нефелинов Западной Сибири. Проблема решается за счёт перевода железа при восстановительном спекании в инертную форму в виде металлического железа. Этот способ имеет недостатки:

– при сжигании существенного количества угля (более 5 % от веса шихты) в печи образуется большое количество угарного газа CO, которое может привести к «хлопкам» и возгоранию в электрофильтрах;

– ввод повышенного количества угля снижает производительность вращающихся печей;

– сильно восстановительная атмосфера приводит к возгонке и значительному улёту щелочи, особенно калия, из-за восстановления щелочей до металлической формы. Это приводит к нарушению шихтовки, т.е. молярного отношения в спёке.

Эти недостатки значительно уменьшают преимущества, заключающиеся в возможности переработки на глинозём нефелинов с повышенным содержанием железа и серы, и даже ставят под сомнение возможность осуществления самого процесса спекания в промышленных вращающихся печах из-за появления опасности взрыва.

В изобретении по патенту RU 2313491 от 27.12.2007 предложен способ переработки алюминий-содержащего сырья (нефелина) путём восстановительной плавки при температуре 1450-1660 °С с переводом всего железа в ферросилиций. Ферросилиций отделяют от алюминий- и щелочи-содержащей фазы для продажи, а оставшуюся часть спёка перерабатывают на глинозём и содопродукты по существующей технологии.

Основные недостатки способа:

– повышенный расход восстановителя, что приводит к образованию большого углеродного следа;

– очень низкое качество получающегося ферросилиция из-за невозможности отделить его ликвацией от алюмината натрия и двухкальциевого силиката (Ca₂SiO₄ обычно называемого белитом, по аналогии с цементным производством);

– значительный улёт щелочей из-за экстремально высокой температуры восстановительного спекания.

Наиболее близким к заявляемому является изобретение по патенту RU 2417162 от 27.04.2011 на способ переработки щелочного алюмосиликатного сырья, включающий приготовление шихты с интенсифицирующими добавками фторидов и угля, ее спекание и переработку спека, в качестве интенсифицирующей добавки используют фторуглеродсодержащие отходы алюминиевого производства в количестве 0,2-2,5% от массы сухой шихты, спекают при температуре 1150-1260 °С, и спек выщелачивают. Данное техническое решение позволяет снизить температуру спекания, перевести железо в инертную форму и тем самым повысить выпуск содопродуктов (соды и поташа), но известный способ также имеет ряд недостатков, в т.ч.:

– наличие легкоплавкой эвтектики между CaF₂ и NaF приводит к экстремально-высокому образованию гарнисажа в печи (т.е. настылям в зоне спёкообразования);

– попадание фтора из спёка в содовый раствор, а из него в выпускаемую из нефелина товарную кальцинированную соду снижает её качество и не позволяет производить соду высшего качества.

Осуществление изобретения

Предложенное изобретение обеспечивает:

– увеличение удельного выпуска содопродуктов на тонну перерабатываемой руды за счёт снижения объёма ретура (возврата) содового раствора в «голову» (начало) процесса на связывание железа и серы;

– снижение удельного расхода топлива за счёт снижения температуры спекания, т.к. восстановитель (уголь) локально разогревает спёк внутри на 20-25 °С выше, чем температура в печи. Как следствие, снижение углеродного следа, т.е. выбросов CO₂ на 1 тонну выпускаемого глинозёма.

Преимуществами настоящего изобретения являются также:

– уменьшение экстремального гарнисажеобразования и, соответственно, риска аварийной остановки печей спекания за счёт снижения температуры спекания на порядка 25 °С, а также уменьшения количества образующегося расплава, т.е. снижение риска образования легкоплавкой эвтектики с участием окисного железа;

– дополнительный выпуск глинозёма и щелочей за счёт увеличения пропускной способности печей спекания;

– возможность отказаться от дорогостоящего обогащения нефелиновой руды флотацией, а перерабатывать «сырую» высокожелезистую руду.

Предложен способ переработки щелочного алюмосиликатного сырья, включающий приготовление шихты, состоящей из нефелиновой руды, известняка и оборотного содово-щелочного раствора, и восстановителя, спекание шихты с использованием угля в качестве технологического топлива, выщелачивание спёка. Согласно изобретению содержание восстановителя в шихте составляет от 0,8 до 1,5 масс. % от веса сухой шихты, при этом оборотный содово-щелочного раствор добавляют при приготовлении шихты в количестве 5,5-6,5 % R₂O от массы шихты в пересчёте на сухое вещество.

Шихту спекают при температуре 1245-1255 °C, при этом спекание ведут в восстановительной атмосфере, содержащей закись углерода не менее 3 г/м³. Экспериментально установлено, что содержание закиси углерода в атмосфере печи более 3 г/м³ позволяет поддерживать слабо-восстановительную атмосферу, при которой закисное железо из пирита и роговой обманки не окисляется до окисного железа. Это не приводит к его связыванию с содой с образованием ферритов натрия. Наличие закиси углерода в атмосфере управляется количеством вводимого восстановителя в шихту и его свойствами. Содержание закиси углерода менее 3 г/м³ недостаточно для сохранения железа из пирита и роговой обманки в закисной форме, поэтому оно частично окисляется до окисного железа Fe⁺³ и реагирует с содой с образованием феррита натрия NaFeO₂. Содержание закиси углерода в атмосфере печи выше 4,5 г/м³ влияет на работу электро-фильтров сухой запечной газоочистки и поэтому не рекомендуется. Заданная концентрация закиси углерода обеспечивается вводом 0,8-1,5% восстановителя в шихту с выходом (содержанием) летучих веществ не более 16%.

В составе шихты могут использоваться нефелиновые руды с содержанием железа не менее 7 масс.% и серы не менее 1 масс.%.

Дозировку оборотного содово-щелочного растворов ведут на щелочной модуль, равный 1,0.

В качестве восстановителя могут использовать углерод-содержащий материал с выходом летучих веществ не более 16 масс.%.

В качестве углерод-содержащего материала могут использовать каменный уголь и/или полукокс и/или коксовую мелочь.

В шихту на стадии размола можно вводить каменный уголь марки «Т» (ГОСТ 25543-2013 / ISO 562) или другие виды восстановителей (например, полукоксы или коксовую мелочь), имеющие низкое содержание летучих веществ, т.е. близкие к углям марки «Т». Уголь при размоле «притирается» к поверхности минеральных частиц шихты. Благодаря «притиранию» угля к поверхности минеральных частиц нефелина и известняка с высоким удельным весом (ρ = 2,6÷2,7 г/см³), уголь, имеющий гидрофобную (не смачиваемую) поверхность и низкий удельный вес (ρ = 1,55 г/см³), не происходит расслаивание и всплытия частиц угля при влажности шихты 28-33%. Уголь как восстановитель равномерно поступает с шихтой во вращающуюся печь на спекание. При подаче шихты наливом (а не распылом под давлением через форсунки) во вращающуюся печь, происходит её высыхание и грануляция. При грануляции «притёртый» к поверхности частиц шихты уголь остаётся равномерно распределённым в объёме гранул шихты и не летит с пылью в электрофильтры (т.е. не создаёт пожаро- и взрывоопасности). При попадании в зону высоких температур происходит постепенное сгорание угля в диапазоне температур 160-820 °С в условиях нехватки свободного кислорода O₂. Из-за нехватки кислорода происходит локальное выделение закиси углерода CO. Локальная концентрация закиси углерода составляет от 0,5 до 5 г/м³ (оптимальное количество 3 г/м³) и её достаточно для поддержания слабой восстановительной атмосферы, в т.ч. с учётом углекислого газа, выделяющегося при термической диссоциации известняка и сгорания значительной части кислорода в факеле пылеугольного топлива. После диффузии закиси углерода CO из спёка в атмосферу печи она окисляется до пожаро- и взрывобезопасного углекислого газа CO₂ в угольном факеле по реакции:

2CO + O₂ = 2CO₂ (1)

и не создаёт критической концентрации в электрофильтрах, которая может привести к «хлопкам» из-за возгорания угарного газа.

В этой локальной слабо восстановительной атмосфере железо, находящееся в силикатных минералах и сульфиде железа в закисной форме Fe⁺², сохраняет свою валентность, т.е. не окисляется до окисной формы Fe⁺³, имеющей кислотные свойства и реагирующей с щелочами. Закисное железо (Fe⁺²) имеет основные свойства, т.е. не реагирует с щелочью. Таким образом, при приготовлении шихты не требуется дозировать содовый раствор на связывание окисного железа в феррит натрия по реакции:

Fe₂O₃ + Na₂CO₃ = 2NaFeO₂ + CO₂↑ (2)

На инертную к щелочам закисную форму железа FeO и серу оборотный содовый раствор не дозируют. Освобождающийся оборотный содовый раствор поступает на участок производства товарной кальцинированной соды.

Также, благодаря восстановительной среде при спёкообразовании железо и сера, присутствующие в шихте в виде пирита FeS₂, остаются инертными, т.к. переходят в инертное соединение типа пирротин-троилит (FeS), на которое не требуется дозировать содовый раствор для связывания окисного железа и сульфата в феррит натрия и сульфат натрия.

Выгорание угля в объёме гранулированной шихты (спёка) приводит к локальному разогреву спёка на 20-30°С. Таким образом происходит снижение на 20-30°С температуры спёкообразования, что позволяет снизить удельный расход топлива на получение одной тонны спёка за счёт снижения температуры отходящих газов из вращающейся печи.

Предлагаемый способ восстановительного спекания может применяться при переходе Ачинского глинозёмного комбината с одной сырьевой базы на другую - с «сырой» руды Кия-Шалтырского нефелинового рудника (КШНР), который в настоящее время практически исчерпан, на концентрат или «сырую» руду, строящегося в настоящее время рудника и обогатительной фабрики Горячегорского нефелинового рудника (ГГНР).

Спекание влажной шихты в промышленности осуществляется во вращающихся трубчатых печах по принципу противотока спекаемого материала, подаваемого с «холодного» конца печи наливом, и горячих газов, образующихся при сгорании пылеугольного топлива и удаляемых из печи через «холодный» конец и сухую газоочистку. При восстановительном спекании в слабо-восстановительной атмосфере протекают следующие реакции:

– пирит и другие сульфиды, содержащиеся в известняке и нефелине, частично десульфитизируются по реакции и образуют инертное к щелочам соединение типа пиротина-троилита:

FeS₂ + O₂ → FeS + SO₂↑ (3)

– окисное и закисное железо, содержащееся в темноцветных алюмосиликатах типа роговой обманки - амфибола, эгирина-авгита освобождается в виде вюстита (FeO) и/или магнетита (Fe₃O₄);

– взаимодействие глинозёма и щелочи, содержащейся в нефелине (Na,K)₁[AlSiO₄] между собой, а также кремния с известняком приводит к образованию алюмината натрия и двухкальциевого силиката по реакции:

Na[AlSiO₄] + 2CaCO₃ = NaAlO₂ + Ca₂SiO₃ + CO₂↑ (4)

образующийся в восстановительной среде бетта-двухкальциевый силикат (белит) более устойчив к выщелачиванию содово-щелочным раствором, что увеличивает удельный выход глинозёма из одной тонны нефелиновой руды, за счёт сокращения вторичных потерь при обескремнивании;

– происходит некоторое снижение температур начала и конца диссоциации известняка, что объясняется горением углерода при 600-820°С, сопровождающееся выделением тепла и увеличением температуры в слое шихты, которая становится больше, чем в самой зоне данной печи; чем ниже температура превращения известняка в известь, тем ниже температура и выше скорость прохождения основной реакции спекообразования при спекании шихты из щелочного алюмосиликатного сырья, в т.ч. образование алюмината натрия. При этом из-за того, что железо находится в основной, инертной к щелочам форме, в спёке не образуются твёрдый раствор алюмината и феррита натрия (NaAlO₂ – NaFeO₂), которые хуже растворимы и образуют ферригидриты, сорбирующие на себе щёлочь. Отсутствие твёрдых растворов положительно сказывается на величине извлечения глинозёма и щелочи из спёка;

– низкое содержание активного железа и серы в спёке, при прочих равных условиях, позволяет расширить температурную площадку спекообразования, т.к. уменьшается риск образования и количество легкоплавких эвтектик. Следовательно, получить пористый технологически качественный спёк, обеспечивающий более высокое извлечение глинозёма и щелочей из нефелина из-за более полного прохождения реакции. Последнее обеспечивает дополнительный выпуск глинозема и щелочей.

Предложенный способ был осуществлен в лабораторном масштабе. В качестве щелочного алюмосиликатного сырья использовали нефелиновый концентрат Горячегорского нефелинового месторождения (рудника) (далее ГГНР), готовящийся к переработке на Ачинском глиноземном комбинате (АГК) и др. сырьевые компоненты, химический состав которых приведён в таблице 1.

Таблица 1

Материал Химический состав компонентов шихты, масс.% (средние данные РСА) SiO₂ Al₂O₃ Fe₂O₃ CaO Na₂O K₂O SO₃ ппп * Нефелиновый концентрат ГГНР 45,3 25,0 5,5 6,1 9 2,2 0,02 4,9 Оборотный шлам с АГК 15,9 20,1 2 27,8 10,0 2,3 2,1 19,3 Известняк с Мазульского известнякового рудника 3 1 0,87 52,6 0,15 0,15 0,52 41,6 Смесь (сода : поташ = 4:1) с АГК 0,06 0,25 0,05 0,05 40 8,8 0,15 0

* ппп – потери при прокаливании.

В качестве шихтуемых материалов применяли известняк с Мазульского известнякового рудника (далее МИР), оборотный шлам обескремнивания, смесь углекислого натрия и углекислого калия (т.е. соды и поташа). В качестве восстановителя – тощий каменный уголь АГК с разреза Кийзасский (Кемеровская область) марки «Т».

Для спекания были сформированы две шихты с разными молекулярными отношениями основных компонентов:

– шихта № 1, в которую оборотная сода была добавлена только на связывание Al₂O₃ с щелочью на молярное отношение М.О. = 1, т.е. (Na₂O + K₂O) : Al₂O₃ = 1;

– шихта № 2, в которую оборотная сода была добавлена на связывание Al₂O₃, Fe₂O₃ и SO₃ с щелочью на молярное отношение М.О. = 1, т.е. (Na₂O + K₂O) : Σ Al₂O₃ + Fe₂O₃ + SO₃ = 1.

Спекание проводилось с добавкой 0,8 %, 1,5 % восстановителя (угля) и без добавки восстановителя в регулируемой атмосфере при двух разных температурах.

Обоснование ввода в шихту восстановителя в диапазоне 0,8-1,5 % приведено в таблице 2.

Таблица 2

Содержание восстановителя от веса сухой шихты, % Содержание СО, г/дм³ Фазовый состав спека Технические сложности 0,6 0,75 NaFeO₂ , FeO, FeS₂ - 0,7 1,3 NaFeO₂ , FeO, FeS₂, FeS - 0,8 1,5 FeO, FeS₂, FeS - 1,0 2,0, FeO, FeS₂, FeS, Fe₃O₄ - 1,2 2,5 FeO, FeS₂, FeS, Fe₃O₄ - 1,5 3,0 FeO, FeS₂, FeS, Fe₃O₄ - 1,8 3,8 FeO, FeS₂, FeS, Fe₃O₄ Повышение добавки угля выше 1,8% приводит к образованию большого количества CO, приводящего к возгоранию в электрофильтрах, а также сильно восстановительная среда приводит к улету щелочей. 2,0 4,5 FeO, FeS₂, FeS, Fe₃O₄ 2,5 5,0 FeO, FeS₂, FeS, Fe₃O₄

В связи с тем, что для нефелиновой шихты установлено оптимальное молекулярное щелочное отношение 1 (М.О. = 1, т.е. (Na₂O + K₂O) : Al₂O₃ = 1)), то для эффективного ведения процесса необходимо, чтобы дозировка щелочи составляла 5,5-6,5% (см. таблицу 4).

Интервал температур, в котором спеки обладают удовлетворительным технологическим качеством, то есть обеспечивающий образование алюминатов и ферритов натрия (калия) и хорошую кристаллизацию двухкальциевого силиката, называется «температурной площадкой спекообразования». Она характеризуется максимальным извлечением полезных компонентов (глинозема и щелочи) из спека при выщелачивании, достаточной механической прочностью и пористостью.

Формально понятию «площадка спекообразования» отвечает разница между температурой плавления шихты и температурой, при которой практически завершается образование алюминатов и ферритов натрия (калия) и двухкальциевого силиката. Чем больше эта разница, тем больше возможность получения спека удовлетворительной пористости и тем легче получение такого спека в производственных условиях.

При существующем составе шихты спекание ниже 1245 °C приводит к недопеку и вторичным потерям полезных компонентов при выщелачивании. Повышение температуры выше 1255°C приводит к образованию клинкера и далее плава, в результате чего также происходит снижение извлечения полезных компонентов. Результаты экспериментов представлены в таблице 3.

Таблица 3

Температура спекания, °С Извлечение Al₂O_3, % Извлечение Na₂O, % Характеристика спека 1230 89,0 89,9 недопек 1240 92,0 92,2 недопек 1245 97,3 95,8 спек 1250 97,8 96,0 спек 1255 97,5 95,7 спек 1260 94,0 93,0 клинкер 1270 - - плав

На фиг. 1 представлена схема установки организации восстановительного спекания шихт с регулируемым составом атмосферы и с контролем за изменениями состава атмосферы при выгорании восстановителя и в ходе других реакций, на которой:

1 - баллон объёмом 40 дм³ с газообразным азотом 1-го сорта согласно ГОСТ 9293-74 (ISO 2435-73), с давлением (при Т = 20 °С) 150 атм со следующими характеристиками: Азот – не менее 99,999 об.%; Кислород – не более 0,0005 об.%; Водяные пары – не более 0,0007 об.%; Водород – не более 0,0002 об.%; Метан – не более 0,0003 об.;

2 – Редуктор;

3 - Вентиль точной регулировки;

4 - Трубка медицинская из поливинилхлорида 6*1,5 мм;

5 - Расходомер;

6 - Штатив для установки расходомера;

7 - Газовый анализатор для измерения газовой фазы атмосферной среды;

8 - Газовый анализатор для измерения состава газовой фазы отходящих газов печи;

9 - Патрубок для забора окружающего воздуха;

10 - Печь камерная.

Сравнительные опыты по влиянию добавки восстановителя в шихту на извлечение глинозёма и щелочи из спёка проводили следующим образом:

На основе нефелинового концентрата ГГНР, известняка МИР и других сырьевых компонентов в брикетнице были сформированы брикеты шихты. Шихта имела заданный гранулометрический (100% прохождение через сито 0,08 мм) и химический состав (М.О. = 1, т.е. (Na₂O + K₂O) : Al₂O₃ = 1, CaO:SiO₂=2 и М.О. = 1, т.е. (Na₂O + K₂O) : Σ Al₂O₃ + Fe₂O₃ + SO₃ = 1, CaO:SiO₂=2), , т.е. химический состав шихт определялся заданными щелочным и известковым модулями.

Брикеты устанавливали на поддон из лёгкого шамота и помещали в камерную печь (10) при комнатной температуре.

Включали нагрев камерной печи (10) с заданной скоростью 10 °С/мин., включали подачу газообразного азота из баллона (1) через редуктор (2), вентиль точной регулировки (3) и расходомер (5), отрегулированный из расчёта ~ 100 кратный обмен атмосферы в печи в час, включали автоматический газовый анализатор (7) и (8) состава и количества газа, отходящего из печи и определяли содержание кислорода, окиси и закиси углерода (CO и CO₂), окиси и закиси азота (NO и NO₂).

После достижения заданной температуры спекания провели выдержку 30 минут при реакционной температуре после чего спёк остывал в закрытой печи со скоростью 15 °С/мин в течение 8 часов.

Остывший до комнатной температуры спёк раздробили до крупности 100% минус 1 мм и произвели его выщелачивание содово-щелочным раствором при 75°С. В жидкой фазе и шламе после выщелачивания определили химический состав и рассчитали извлечение щелочи и глинозёма в зависимости от добавки восстановителя, щелочного модуля шихты, температуры спекания.

Пример осуществления изобретения

Предварительно высушенные и измельченные до крупности 100% минус 0,08 мм (т.е. полностью проходящие через сито с размером ячейки 0,08 мм), материалы шихты тщательно перемешивали, затем брикетировали на механическом прессе при удельном давлении - 200 кг/см² и спекали, установив на подложку из легкого шамота, при 1250 и 1275 °C. Подъём температуры до заданной осуществляли со скоростью 10 °C/мин, затем следовала выдержка в течение 30 мин. Спеки охлаждали 8 часов вместе с печью с 1250- 1275°C до температуры 20-25 °C, чтобы избежать дефектов футеровки печи. Затем спёки дробили и выщелачивали по описанной ниже методике содово-щелочным раствором:

– полученный спёк измельчался в металлической ступке до крупности 100% минус 1,0 мм, (т.е. материал полностью проходил через сито с величиной ячеек 1,0 мм);

– температура выщелачивания 75±1 °С;

– время выщелачивания 15 мин;

– состав содово-щелочного раствора, поступающего на выщелачивание спёка, во всех опытах был (г/дм³): Na₂O_Oбщ – 34,6; Na₂O_k – 7,2; Na₂O_угл – 27,4;

– соотношение Ж (жидкое) : Т (твердое) при стандартном выщелачивании = 4 : 1 (25 грамм спека на 100 см³ раствора);

– перемешивание осуществлялось пропеллерной мешалкой со скоростью вращения 200 обор./мин.;

– шлам после стандартного выщелачивания отфильтровывался и промывался под вакуумом на воронке Бюхнера горячей дистиллированной водой (примерно 12 кратным количеством по отношению к весу шлама), после чего отбиралась проба раствора и шлама на анализ известными методами: атомной эмиссии в индукционно-связанной плазме (ICP AS), рентгено-спектральным анализом (РСА), рентгно-фазовым анализом (РФА), а оставшийся шлам сушился до постоянного веса.

Извлечения глинозёма и щелочей из спёков в раствор при выщелачивании рассчитывали по анализу шламов, которые приведены в таблице 4, где показано влияние ввода восстановителя в шихту в спекательную шихту на качество спёка и показатели переработки.

Таблица 4

Пример№ Шихта№ Добавка содо-щелочного р-ра, масс.% R₂O от веса сухой шихты Добавка угля в шихту, масс.% от веса сух. шихты Сод.CO,г/м³ Темп-ра спекания, С Дополнительный выпуск компонентов, продуктов и уменьшения расхода топлива на годовую производительность АГК, тыс. тонн (при работе на концентрате ГГНР) Уменьшение расхода топлива (тут), тыс. тонн Глинозём, тыс. тонн Содопродукты R₂CO₃, тыс. тонн 1 1 2, 0 0,3 1275±5 0 -15 - 18 2 1 2,5 0,8 1,5 1275±5 0 -5 + 5 3 1 2,5 1,5 3 1275±5 0 + 1 + 15 4 1 2,5 0 0,3 1250±5 -12,78 - 20 - 18 5 1 2,5 0,8 1,5 1275±5 0 +13 + 17 6 1 2,5 0,8 1,5 1250±5 -12,78 -5 -1 7 1 2,5 1,5 3 1250±5 -12,78 + 21 + 31 8 2 6,5 0 0,3 1275±5 0 0 0 9 2 6,5 0,8 1,5 1275±5 0 0 0 10 2 6,5 1,5 3 1275±5 0 0 0 11 2 6,5 0 0,3 1250±5 -12,78 - 12 0 12 2 6,5 0,8 1,5 1250±5 - 12,78 + 16 0 13 2 6,5 1,5 3 1250±5 -12,78 + 37 0

Как видно из таблицы 4:

– шихта 1 (с молярным отношением М.О. = 1, т.е. (Na₂O + K₂O) : Al₂O₃ = 1). Ввод 1,5 % восстановителя (от веса шихты) позволяет снизить температуру до 1250 °С спекания и, соответственно, снизить удельный расход топлива и увеличить выпуск содопродуктов. Увеличение выпуска глинозёма происходит за счёт увеличения пропускной способности печи (табл. 4, пример 6);

– шихта 1 (с молярным отношением М.О. = 1, т.е. (Na₂O + K₂O) : Al₂O₃ = 1). Без ввода восстановителя при температуре 1250 °С происходит недопёк, а также образуются щелочные алюмосиликаты и ферриты кальция, которые приводят к потере глинозёма и щелочи (табл. 4, пример 4);

– шихта 2 (в которую оборотная сода была добавлена на связывание Al₂O₃, Fe₂O₃ и SO₃ со щелочью на молярное отношение М.О. = 1, т.е. (Na₂O + K₂O) : Σ Al₂O₃ + Fe₂O₃ + SO₃ = 1). Ввод 1,5 % восстановителя (от веса шихты) позволяет снизить температуру спекания с 1275 °С до 1250 °С и, соответственно, удельный расход топлива, прирост выпуска глинозёма происходит за счёт увеличения пропускной способности печи. Прироста выпуска содопродуктов не происходит (табл. 4, пример 12).

Таким образом, экспериментальные данные и примеры подтверждают обеспечение изобретением указанных преимуществ.

Принимая во внимание подробное описание изобретения и примеры, объем правовой охраны изобретения испрашивается на способ переработки щелочного алюмосиликатного сырья, включающий приготовление шихты, состоящей из нефелиновой руды, известняка и оборотного содово-щелочного раствора, и восстановителя, спекание шихты с использованием угля в качестве технологического топлива, выщелачивание спёка, при этом обеспечивают содержание восстановителя в шихте от 0,8 до 1,5 масс.% от веса сухой шихты, при этом оборотный содово-щелочной раствор добавляют при приготовлении шихты в количестве 5,5-6,5 масс.% R₂O от массы шихты в пересчёте на сухое вещество. Предпочтительно: шихту спекают при температуре 1245-1255 °C; спекание шихты ведут в восстановительной атмосфере, содержащей закись углерода не менее 3 г/м³; в составе шихты содержатся нефелиновые руды с содержанием железа не менее 7 масс.% и серы не менее 1 масс.%; дозировку оборотного содово-щелочного раствора ведут на щелочной модуль, равный 1,0; в качестве восстановителя используют углерод-содержащий материал с выходом летучих веществ не более 16 масс.%; в качестве углерод-содержащего материала используют каменный уголь и/или полукокс и/или коксовую мелочь.

Изобретение относится к области химии и цветной металлургии и может быть использовано для переработки щелочного алюмосиликатного сырья методом спекания для производства глинозёма и содопродуктов, например соды, поташа, сульфата калия. Способ включает приготовление шихты, состоящей из нефелиновой руды, известняка, оборотного содово-щелочного раствора и восстановителя, спекание шихты с использованием угля в качестве технологического топлива, выщелачивание спёка, при этом обеспечивают содержание восстановителя в сухой шихте от 0,8 до 1,5 мас.%, при этом оборотный содово-щелочной раствор добавляют при приготовлении шихты в количестве 5,5-6,5 мас.% R₂O от массы шихты в пересчёте на сухое вещество, а спекание шихты проводят при температуре 1245-1255°C. Технический результат – увеличение удельного выпуска содопродуктов на тонну перерабатываемой руды и снижение удельного расхода топлива. 5 з.п. ф-лы, 1 ил., 4 табл., 1 пр.

1. Способ переработки щелочного алюмосиликатного сырья, включающий приготовление шихты, состоящей из нефелиновой руды, известняка, оборотного содово-щелочного раствора и восстановителя, спекание шихты с использованием угля в качестве технологического топлива, выщелачивание спёка, отличающийся тем, что обеспечивают содержание восстановителя в сухой шихте от 0,8 до 1,5 мас.%, при этом оборотный содово-щелочной раствор добавляют при приготовлении шихты в количестве 5,5-6,5 мас.% R₂O от массы шихты в пересчёте на сухое вещество, а спекание шихты проводят при температуре 1245-1255°C.

2. Способ по п. 1, в котором спекание шихты проводят в восстановительной атмосфере, содержащей закись углерода не менее 3 г/м³.

3. Способ по п. 1, в котором в качестве нефелиновой руды используют нефелиновые руды с содержанием железа не менее 7 мас.% и серы не менее 1 мас.%.

4. Способ по п. 1, в котором оборотный содово-щелочной раствор дозируют до щелочного модуля 1,0.

5. Способ по п. 1, в котором в качестве восстановителя используют углеродсодержащий материал с выходом летучих веществ не более 16 мас.%.

6. Способ по п. 1 или 5, в котором в качестве углеродсодержащего материала используют каменный уголь, и/или полукокс, и/или коксовую мелочь.