Способ обогащения низкокачественных бокситов Российский патент 2024 года по МПК C01F7/22 B03B7/00 B07C5/344 

Изобретение относится к цветной и черной металлургии и огнеупорной промышленности и представляет практический интерес для производств глинозема, железных окатышей и муллиткремнеземистых изделий с предварительным обогащением боксита.

Известен способ переработки бокситов (патент №2706907 заявка 2019116365, класс МПК С22В3/00, опубликован 21.11.2019 в бюл.№33).

Способ переработки бокситов, включает этап их предварительного измельчения, затем 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.

Недостатком известного способа является дополнение существующих способов обогащения (измельчение, классификация, формирование пульпы, разделение в центрифугах, сушка, сепарация) оборудованием для магнитострикции и доведения частоты вращения до уровня более 2800 об/мин. При этом происходит совмещение различных физических явлений: акустические волны, магнитный гидравлический импульс (удар), тепловая энергия, звуковые волны, кавитация механическая, кавитация гидродинамическая, кавитация акустическая, механическая сила удара, механическая сила трения, ультразвук одновременно воздействующих на бокситовую руду.

Недостатком известного способа является то, что сложная структура образования нескольких видов энергий, требующая различных дополнительных 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 гидрохимического обогащения высококорбонатных бокситов для производства глинозема (патент №2752160 заявка №2021101156, C01F7/47, опубликован 23.07.2021 в бюл. №21).

Способ обогащения высококарбонатных бокситов, включает смешение динатриевой соли этилендиаминтетрауксусной кислоты (ЭДТА) с бокситом, которая избирательно вступает в реакцию с карбонатсодержащими минералами, переводя их в растворимое состояние, при этом количество раствора динатриевой соли этилендиаминтетрауксусной кислоты для растворения карбонатов рассчитывают по стехиометрии, проводят измельчение и далее выдерживают при температуре предпочтительно не ниже 70°С с перемешиванием для снижения концентрации карбонатов в боксите до менее 0,5 мас.%, полученную после выдержки пульпу фильтруют, обогащенный боксит со сниженным содержанием карбонатов направляют на извлечение глинозема, а раствор, насыщенный солями кальция, направляют на регенерацию динатриевой соли этилендиаминтетрауксусной кислоты.

Недостатком известного способа является 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.

Существует много технологических (химических) способов переработки (обогащения) бокситов. Это кислотные, щелочные, кислотно-щелочные технологии. Применяются различные кислоты и щелочи, а также их комбинации. Все эти способы требуют очень дорогостоящего оборудования, дорогих препаратов, все применяются только по богатым рудам. Можно сказать, потенциал химических способов на сегодня исчерпан. Химического способа (экономически обоснованного) переработки «бедных» пока руд не найдено.

Известен способ переработки сульфидной золотосодержащей руды (патент №2198948 заявка №2001104295, класс МПК С22В 11/00, опубликован 20.02.2003 бюл. №5).

Способ включает измельчение, классификацию и многостадийное разделение на золотосодержащий продукт и хвосты. Многостадийное разделение осуществляют электросепарацией. Выделенный после электросепарации золотосодержащий продукт подвергают дополнительному обогащению путем дальнейшего его измельчения, классификации и последующего выделения зернистой фракции.

Недостатком известного способа является то, что его не применяли к другим рудам, например к бокситам.

В мире существуют несколько видов алюминиевых руд, но основным сырьем для производства этого металла являются именно бокситы. Это горная порода, состоящая, в основном, из оксида алюминия с примесью других минералов. Боксит считается качественным, если он содержит более 50% оксида алюминия.

Бокситы перерабатывают в глинозем - это оксид алюминия Al₂O₃, который представляет собой белый рассыпчатый порошок. Основным способом получения глинозема в мире является метод Байера, открытый более ста лет назад, но актуальный до сих пор - около 90% глинозема в мире производятся именно так. Этот способ весьма экономичен, но использовать его можно только при переработке высококачественных бокситов со сравнительно низким содержанием примесей - в первую очередь кремнезема.

Актуальным является вопрос переработки низкокачественных бокситов, поиск эффективных и недорогих технологий переработки бокситов.

Техническим результатом является упрощение процесса переработки низкокачественных бокситов и повышении его эффективности.

Предлагается способ обогащения низкокачественных бокситов включающий промывку, дробление, сушку, гравитационную сепарацию с выделением четырех фракций и последующую электростатическую сепарацию. Отличием является то, что дробление с использованием конической дробилки проводят до получения размера частиц 0,5 мм, затем сушку осуществляют во вращающейся печи в течение 40 мин при температуре 750°С, проводят электростатическую сепарацию под напряжением 2000 вольт, используя разную удельную электропроводность SiO2 и Al₂O₃ элементов бокситов, под воздействием которой происходит разделение на фракции с различной удельной электропроводимостью, оксид кремния с отрицательной электропроводностью притягивается к цилиндру сепаратора и затем удаляется, а оксид алюминия с положительной электропроводностью сепарируется на выделенный сектор.

Сущность предлагаемого способа показана на фиг.1 и фиг.2, фиг.3, где на фиг.1 показана схема осуществления способа, на фиг. 2 процесс разделения на фракции с различной удельной электропроводимостью, на фиг.3 показаны разные режимы обогащения под разным напряжением.

Для получения глинозема (сырьё для производства алюминия) используют бокситы с следующими показателями: Al₂O₃ более 50%, SiO₂ менее 8%. Качество бокситов определяют по кремневому модулю. Лучше, чтобы оксида кремния вообще не было, а Al₂O₃ было бы как можно больше. (Кремневый модуль μ si = Al2O3(%) / SiO2(%). Если μ si ≥ 8 -способ Байера, если μ si ≤ 8 - способ спекания).

Химический состав бокситов Барзасского месторождения:

Al₂O₃ SiO₂ Fe₂O₃ TiO2 33,6% 23,4% 21,5% 4,9%.

Таким образом, необходимо доводить бокситы до уровня товарных позиций - бокситового концентрата для поставки на заводы по производству глинозёма до уровня товарных позиций - бокситового концентрата для поставки на заводы по производству глинозёма.

Поставленная цель достигается тем, что в известном способе обогащения бокситов, включающем дробление и классификацию классификацию ведут с применением гравитационных методов сепарации и электростатической сепарации (сухой способ обогащения).

Гравитационная сепарация измельченного боксита позволяет осуществить разделение продукта по удельному весу на четыре фракции. Минеральный состав руды - гиббсит (гидроксид алюминия), гематит (оксид железа) и каолинит (глинистый материал из группы водных силикатов алюминия).

Каолинит с твердостью 1,0 (по Моосу) переходит в шламовую фракцию и быстрее разрушается, чем гиббсит, гематит и магнетит с твердостью от 3-х до 5-6 по Моосу). Поэтому при гравитационной сепарации растёт концентрация как оксида железа (до 30%), так и оксида кремния (до 12,77%).

Сухое обесшламливание по фракциям - 0,5 мм рекомендуется выполнять в воздушно вихревых режимах - сухих циклонах, воздушных классификаторах и рукавных фильтрах. При гравитационной сепарации используется различие в коэффициентах трения разных по крупности частиц. Использование воздушно вихревого режима позволяет наиболее эффективно провести процесс обесшламливания.

Каолинит с твердостью1,0 (по Моосу) переходит в шламовую фракцию и быстрее разрушается, чем гиббсит, гематит и магнетит с твердостью от 3-х до 5-6 по Моосу). Поэтому при гравитационной сепарации растёт концентрация как оксида железа (до 30%), так и оксида кремния (до 12,77%).

Применение электростатической сепарации позволяет повысить концентрацию извлекаемого оксида алюминия и снизить концентрацию оксида кремния, осуществляется процесс обескремнивания сырья в одной из фракций за счет различия удельной электропроводности продукта, т.е. используется разное поведение частиц, которое определяется различным соотношением действующих на них электрических и механических сил, реализуется разделение по способности частицами получать положительный и отрицательный заряд. Для осуществления электростатической сепарации необходимо электрическое поле высокой напряженности. На фиг.3 показан график с использованием разного напряжения для обогащения. Концентрация оксида алюминия показан 1, концентрация оксида железа показан 2. На графике видно, что с ростом напряжения концентрация оксида алюминия увеличивается, а концентрация оксида железа несколько снижается. Оптимальное напряжение при использовании заявленного способа - 2000 вольт.

Важное значение в подготовке руды имеет термическая обработка при температуре 750°С. Оптимальная температура в данном случае была подобрана опытным путем.

Это позволяет получить высококачественный продукт - бокситовый концентрат, пригодный для использования в глиноземной промышленности. При электростатической сепарации гематит в ассоциации с гиббситом обладает повышенным шламованием, покрывает все соседние частицы разделяемых минералов тонкой пленкой, нивелирует контрастность проводников (гематит и магнетит) и диэлектриков (гиббсит, кальцит и каолинит).

Электростатическая сепарация обычно применяется для обогащения, классификации и обеспыливания зернистых сыпучих материалов крупностью менее 5 мм, переработка которых другими методами малоэффективна или невыгодна с экономической точки зрения. Для проведения электростатической сепарации используют, например, коронно-электростатические сепараторы СЭ-70/140. Они предназначен для разделения элементов по электропроводности.

Обесшлáмливание - операция предварительной обработки материала при обогащении полезных ископаемых, которая заключается в удалении шлама.

Установлено, что измельчение твердого каменистого продукта перед электростатической сепарацией необходимо вести до крупности 0,5 мм. С повышением крупности зерна влияние электростатической сепарации снижается, снижается эффект.

Таким образом, предлагаемый способ позволяет из ранее не использовавшегося сырья получить высококачественные продукты: бокситовый концентрат, используемый в производстве глинозема, оксид железа, используемый для производства пигментов и железных окатышей, оксид титана. Предлагаемый способ позволяет комплексно использовать сырье, предлагаемая технология является безотходной. Кроме того, по сравнению с прототипом резко повышается качество боксита по содержанию Al2O3 и SiO2 за счет более глубокого обогащения методом электростатической сепарации. Таким образом при использовании предлагаемого изобретения не только упрощается технологический процесс, но и повышается эффект.

Авторам не известно использование заявляемой совокупности признаков с указанной целью, что позволяет сделать вывод о соответствии предлагаемого решения критерию "существенные отличия".

На чертеже фиг.1 приведена схема обогащения низкокачественных бокситов по предлагаемому способу.

Поставленная цель достигается тем, что в известном способе обогащения бокситов, включающем дробление и классификацию классификацию ведут с применением гравитационных методов сепарации и электростатической сепарации, что значительно упрощает производственный процесс по сравнению с известными аналогами.

Проведено промышленное испытание предлагаемого способа.

Для исследований была отобрана 10 кг проба боксита № 980 с химическим составом, %:

N пробы Al₂O₃ SiO₂ Fe₂O₃ TiO2 980 12,9 3,93 41,69 11,52

Данный боксит был переработан по предлагаемому способу и по прототипу. По предлагаемому способу сухую классификацию провели для класса 500 мкм, провели классификацию на 4 фракции, фракцию с оксидом алюминия подвергли двукратной гравитационной и электростатической сепарации с рабочим напряжением постоянного тока 2000 вольт.

Результаты обогащения по предлагаемому способу (982 и 983) и прототипу приведены

в табл. 1.

N пробы Al₂O₃ SiO₂ Fe₂O₃ TiO2 980 12,9 3,93 41,69 11,52 981 32,1 6,16 31,1 3,56 982 42,57 6,26 19,42 4,11 983 52,14 10,27 5,36 2,73

При обогащении исходного боксита по предлагаемому способу получают полезные продукты: Al₂O₃ используемый в производстве глинозема, Fe₂O₃ используемый для производства пигментов и железных окатышей, SiO₂ используемый для производства абразивов и «белой» сажи, TiO2 используемый при производстве титановых белил и титана, технология обогащения является безотходной.

Обогащенный по предлагаемому способу боксит имеет качество, соответствующее маркам бокситов Б-00, Б-0 и Б-1 по ГОСТ 972-74.

На практике доказано, что увеличение крупности боксита до размера 1-3 мм снижает эффективность электростатической сепарации.

- оптимальной крупностью боксита по результатам исследований является класс 0,5 мм.

Предлагаемый способ обогащения низкокачественных бокситов позволяет:

- повысить комплексность использования исходного сырья за счет получения качественных продуктов для производства глинозема, пигментов и железных окатышей, абразивов и «белой» сажи, титановых белил и титана.

- разработать безотходную и экологически безопасную технологию обогащения бокситовых

Промышленные испытания предлагаемого способа:

Испытания проводились в производственной лаборатории. Сравнивался способ переработки с использованием магнитной сепарации и способ с использованием электростатической сепарации при одних и техже заданных парамерах других этапов обогащения.

Исследование возможности разделения гиббсита и гематита проведены в операциях ВСМС на фракции -0,315+0,063 мм с напряженностью ~400 Э, при этом получена небольшая часть (до 2,76% по выходу) магнитной фракции с содержанием железа 35,8%, что определяет содержание гематита в этом продукте в ~51% и гиббсита ~38%. При коронной электросепарации по проводимости удалось поднять содержание Fe_общ до ~42%, что в пересчете дает содержание гематита ~60%. Этими опытами на выполненном объёме показана принципиальная возможность сухой сепарации гематита от гиббсита.

При использовании цикла сухого обогащения и операциями температурной дегидратации при переработке бокситовых руд Барзасского месторождения могут быть получены концентраты Al₂O₃ с показателями концентрации от 50% до 76%, выход составит 32%. Таким образом подтвержден заявленный технический результат, упрощен технологический процесс переработки низкокачественных бокситов и подтверждено повышение его эффективности при обогащении низкокачественных бокситных руд.

Изобретение относится к обогащению низкокачественных бокситов и может быть использовано при получении алюминия. Способ включает промывку, дробление, сушку, гравитационную сепарацию с выделением четырех фракций и последующую электростатическую сепарацию. Дробление проводят до получения размера частиц 0,5 мм с использованием конической дробилки в воздушно-вихревом потоке. Сушку осуществляют во вращающейся печи в течение 40 мин при температуре 750°С. Электростатическую сепарацию проводят под напряжением 2000 В, используя разную удельную электропроводность SiO₂ и Аl₂О₃ элементов бокситов, под воздействием которой происходит разделение на фракции с различной удельной электропроводимостью. Оксид кремния с отрицательной электропроводностью притягивается к цилиндру сепаратора и затем удаляется, а оксид алюминия с положительной электропроводностью сепарируется на выделенный сектор. Способ позволяет упростить процесс переработки низкокачественных бокситов и повысить его эффективность. 3 ил., 1 табл.

Способ обогащения низкокачественных бокситов, включающий промывку, дpобление, сушку, гравитационную сепарацию с выделением четырех фракций и последующую электростатическую сепаpацию, при этом дробление проводят до получения размера частиц 0,5 мм с использованием конической дробилки в воздушно-вихревом потоке, сушку осуществляют во вращающейся печи в течение 40 мин при температуре 750°С, электростатическую сепарацию проводят под напряжением 2000 В с использованием разной удельной электропроводности SiO₂ и Аl₂О₃ элементов бокситов, под воздействием которой происходит разделение на фракции с различной удельной электропроводимостью, оксид кремния с отрицательной электропроводностью притягивается к цилиндру сепаратора и затем удаляется, а оксид алюминия с положительной электропроводностью сепарируется на выделенный сектор.