Способ переработки дистен-андалузит-силлиманитовых концентратов

 

Изобретение относится к цветной металлургии, в частности к производству глинозема, и может быть использовано для переработки дистен-андалузит-силлиманитовых концентратов. Способ переработки дистен-андалузит-силлиманитовых концентратов включает приготовление шихты и ее спекание. Приготовление шихты ведут из дистен-андалузит-силлиманитовых концентратов, известняка, соды и дополнительного щелочного алюмосиликатного сырья при массовом соотношении щелочного алюмосиликатного сырья и дистен-андалузит-силлиманитового концентрата 0,1-1,0:1,0. Спекание ведут при температуре 1250-1300^oС и спек выщелачивают. Изобретение позволяет снизить настылеобразование в печах, снизить температуру спекания, повысить качество спека, уменьшить расход соды. 3 табл., 1 ил.

Изобретение относится к области цветной металлургии, в частности к производству глинозема, и может быть использовано для переработки дистен-андалузит-силлиманитовых концентратов методом спекания.

Известен способ переработки низкокачественного алюмосиликатного сырья (а. с. 734952, МКИ G 01 F 7/38, СССР, 1980 г.), где дистен-силлиманитовые концентраты используют как высокоглиноземную добавку при переработке низкокачественного щелочного алюмосиликатного сырья при отношении 0,25-1,0:1,0, что позволяет повысить извлечение глинозема из спека. Однако здесь решается другая задача - переработка низкокачественного щелочного алюмосиликатного сырья, и он не может быть использован для переработки дистен-андалузит-силлиманитовых концентратов из-за плохого качества спека.

За прототип взят способ, включающий приготовление шихты из кианитового концентрата, известняка и соды, спекание шихты и выщелачивание спека (Яшунин П. В. , Киселев В.П. Кианиты - перспективное комплексное сырье алюминиевой промышленности. - Л. Труды ВАМИ, 85, 1973 г., с.113-116). Он является наиболее выгодной технологической схемой по величине расходных коэффициентов и материальному потоку. Однако при содово-известняковом спекании дистен-андалузит-силлиманитовых концентратов без добавки щелочного алюмосиликатного сырья или с малой добавкой его (до содержания в рудной смеси меньше 10 мас. %), требуется большая температура, спек разрушается и образуются настыли в печи из-за чрезмерного увеличения объема спека за счет муллитизации минералов группы дистена (кианит, андалузит и силлиманит относятся к минералам группы дистена, имеют одинаковую химическую формулу Al₂O₃•SiO₂(Al₂SiO₅), обладающих высокими огнеупорностью и химической инертностью, наблюдается низкое качество получаемого спека из-за малой прочности и небольшого извлечения глинозема по вышеуказанным причинам и, кроме того, необходимо расходовать много дорогостоящей соды, т.к. в концентратах практически нет щелочей, необходимых для производства. Эти недостатки способа-прототипа в значительной степени гасят его преимущества по меньшим расходным коэффициентам и материальному потоку при переработке дистен-андалузит-силлиманитовых концентратов и даже ставят под сомнение возможность осуществления самого процесса спекания в промышленных вращающихся печах из-за интенсивного настылеобразования.

Техническим результатом изобретения является снижение настылеобразования в печах и температуры спекания, повышение качества спека и уменьшение расхода соды.

Технический результат достигается тем, что в способе переработки дистен-андалузит-силлиманитовых концентратов, включающем приготовление шихты и ее спекание, новым является то, что приготовление шихты ведут из дистен-андалузит-силлиманитовых концентратов, известняка, соды и дополнительного щелочного алюмосиликатного сырья при массовом соотношении щелочного алюмосиликатного сырья к дистен-андалузит-силлиманитовым концентратам 0,1-1,0:1,0, спекание ведут при температуре 1250-1300^oС и спек выщелачивают. Нижний предел добавки щелочного алюмосиликатного сырья к дистен-андалузит-силлиманитовым концентратам (масс.отн. 0,1:1,0) обусловлен повышением качества спека, т.е. улучшением физико-химических свойств его, а именно: увеличением прочности и извлечением глинозема и щелочей, а также снижением температуры спекания, предотвращением настылеобразования во вращающихся печах и уменьшением расхода соды на 1 т глинозема.

Верхний предел добавки щелочного алюмосиликатного сырья обусловлен снижением качества спеков и увеличением удельных (на 1 т глинозема) материальных потоков - по глиноземсодержащему сырью, известняку, шихте, спеку, топливу и шламу, т.к. в добавляемом щелочном алюмосиликатном сырье содержание глинозема значительно меньше, чем в дистен-андалузит-силлиманитовых концентратах, что снизит содержание его в шихте и спеке. Кроме того, при более высоких добавках щелочного алюмосиликатного сырья, чем принятый верхний предел (масс. отн. 1,0:1,0), с глиноземсодержащим сырьем поступает в переработку щелочей больше, чем необходимо производству для компенсации их безвозвратных механических потерь и потерь со шламом. В этом случае необходима организация дополнительного производства по выводу щелочей из процесса в виде товарного продукта - соды, что осложнит аппаратурно-технологическую схему переработки концентратов.

Таким образом, подача в шихту для спекания щелочного алюмосиликатного сырья при массовом отношении его к дистен-андалузит-силлиманитовым концентратам 0,1-1,0: 1,0 повышает содержание в шихте оксидов железа-спекообразователя, образующих при спекании легкоплавкие эвтектики, и щелочей, необходимых для производства, снижает содержание глинозема и огнеупорных, химически инертных, склонных к муллитизации и увеличению объема, минералов группы дистена - спекостойкой части шихты, которые приводят к увеличению скорости твердофазных реакций при спекании шихты, более полному превращению глинозема в хорошо растворимые при выщелачивании алюминаты щелочных металлов, улучшению качества спека, уменьшению настылеобразования в печах, температуры спекания и расхода соды и позволяют более эффективно решить задачу переработки на глинозем дистен-андалузит-силлиманитовых концентратов. Следовательно, заявляемый способ переработки дистен-андалузит-силлиманитовых концентратов соответствует критериям "новизна" и "изобретательский уровень".

Заявляемый способ был осуществлен в лабораторном масштабе. Химические составы используемых сырьевых материалов и смесей на основе дистен-андалузит-силлиманитовых концентратов и горячегорской нефелиновой руды (щелочного алюмосиликатного сырья) приведены в табл.1. Причем рудные смеси для опытов готовили из более высококачественного дистенового концентрата (А) и менее качественного силлиманитового концентрата (В), где содержание глинозема ниже на 7%, а оксида железа и кремнезема - выше соответственно на 0,07 и ~4,5%, смешивая их с нефелиновой рудой Горячегорского месторождения.

Для спекания выбрана насыщенная шихта как наиболее хорошо изученная и широко применяемая в производстве, с молекулярными отношениями основных компонентов (Na₂O+K₂O):(Аl₂O₃+Fе₂O₃)=1,05, CaO:SiO₂=2,0). В качестве шихтуемых материалов использовали углекислый натрий и углекислый кальций марки "ч.д.а. " Предварительно измельченные до крупности - 0,074 мм материалы шихты тщательно перемешивали, затем брикетировали на механическом прессе при удельном давлении ~200 кг/см² и спекали в корундовых тиглях при 1250 и 1300^oС. Подъем температуры до заданной осуществляли со скоростью 15-20^oС/мин, затем следовала выдержка в течение 1 часа. Спеки охлаждали вместе с печью до 400^oС, а далее - до комнатной температуры на воздухе. Внешний вид полученных при температуре спекания 1250 и 1300^oС спеков показан на чертеже. Затем спеки измельчали до крупности - 0,074 мм и выщелачивали по стандартной методике содощелочным раствором при отношении жидкого к твердому =20, температуре 70^oС в течение 7 минут. Извлечение глинозема и щелочей из спеков в раствор при выщелачивании рассчитывали по анализу шламов, которые приведены в табл.2.

Кроме того, брикеты полученных спеков подвергали испытанию на прочность на прессе с динамометром. За предел прочности спека принимали способность брикета выдерживать максимальную нагрузку на сжатие без разрушения. Пористость спеков определяли по методике гидростатического взвешивания сухих и насыщенных этиловым спиртом спеков на воздухе и в спирте. Результаты этих испытаний приведены также в табл.2.

Для оценки расхода материалов и выхода продуктов на 1 т глинозема при переработке различных смесей из дистен-силлиманитового концентрата и щелочного алюмосиликатного сырья выполнены расчеты материальных балансов, результаты которых приведены в табл.3.

Анализ результатов экспериментов и расчеты показывают, что переработка дистен-силлиманитовых концентратов по прототипу, т.е. без подачи на приготовление шихты для спекания щелочного алюмосиликатного сырья, характеризуется в целом более низкими показателями: 1) спеки разрушаются, непрочные, склонны к настылеобразованию, т.е. по физическим свойствам некачественные и не удовлетворяют требованиям технологии процесса спекания (см. чертеж и табл.2); 2) по химическим свойствам спеки также получаются низкого качества, т.к. извлечение глинозема и щелочей при их выщелачивании меньше, чем из спеков, полученных из дистен-силлиманитовых концентратов с добавкой щелочного алюмосиликатного сырья (см. табл. 2); 3) для спекания шихты на основе только дистен-силлиманитовых концентратов (без нефелинов) требуется более высокая температура спекания. Например, для дистеновых концентратов она должна быть больше 1300^oС, т.к. снижение температуры спекания до 1250^oС приводит к уменьшению извлечения глинозема и щелочей из спека (см. табл.2, смесь 1); 4) расход свежей соды максимален и составляет в данном конкретном случае 0,19 т на 1 т Аl₂О₃ (см. табл.3).

Единственным преимуществом рассматриваемой шихты является наименьший материальный поток при подготовке шихты, ее спекании и выщелачивании спека (см. табл. 3). Однако отмеченные недостатки способа-прототипа, как это показано выше, не дают возможности осуществить процесс спекания в промышленных вращающихся печах из-за интенсивного настылеобразования и получить качественные спеки, поэтому достижение преимущества - наименьшего материального потока при переработке только дистен-силлиманитовых концентратов (без добавки щелочного алюмосиликатного сырья) является вообще нереальной задачей.

Заявляемый способ устраняет или существенно уменьшает вышеотмеченные недостатки при переработке концентратов: позволяет качественно провести спекание шихты (без настылеобразования) и повысить показатели переработки дистен-силлиманитовых концентратов, а именно снизить настылеобразование в печах и температуру спекания шихты, повысить качество спека (улучшить физико-химические свойства его) и уменьшить расход свежей соды на нужды производства. На чертеже видно, что при содержании в рудной смеси горячегорской нефелиновой руды 1 (Д) 10 мас.% и дистенового концентрата (А) 90 мас.%, т.е. при массовом отношении их 0,11:1,0, спек еще склонен к разрушению и настылеобразованию (особенно отчетливо это видно при температуре спекания 1250^oС), а с увеличением добавки щелочного алюмосиликатного сырья до содержания его в смеси 20 мас.% и выше (до 50 мас.%) спеки получаются уже хорошего качества (достаточно прочные) и извлечение глинозема и щелочей из них достигается больше, чем из спека, полученного только из дистенового концентрата - см. табл. 2. Причем температуру спекания указанных смесей можно уменьшить с 1300 до 1250^oС без ухудшения качества спеков - см. табл.2 и чертеж, а расход соды снижается по сравнению с переработкой чистого дистенового концентрата - см. табл.3 и спеки не склонны к настылеобразованию (см. чертеж). При переработке же более низкого качества силлиманитового концентрата (В), количество щелочного алюмосиликатного сырья (Д) в смеси 10 мас.% (мас. отн. Д:В=0,11:1,0) уже достаточно, чтобы спек получился хорошего качества, не разрушался и не образовывал настыли из-за увеличения объема (см. чертеж и табл.2). Следует отметить, что извлечение глинозема и щелочей из этих спеков меньше, чем из более качественного дистенового концентрата. Поэтому нижний предел массового отношения щелочного алюмосиликатного сырья и дистен-андалузит-силлиманитового концентрата выбран 0,1:1,0, который обусловлен повышением качества спека, т.е. улучшением физико-химических свойств его, а именно увеличением прочности и извлечения глинозема и щелочей, а также снижением температуры спекания, предотвращением настылеобразования во вращающихся печах и уменьшением расхода соды на 1 т глинозема.

Из результатов опытов видно, что повышение массового отношения щелочного алюмосиликатного сырья (нефелиновой руды) и дистен-андалузит-силлиманитового концентрата больше чем 1,0:1,0 (верхний предел) нецелесообразно. Это приводит к значительному уменьшению извлечения глинозема и щелочей из получаемых спеков (см. табл.2) и увеличению удельных материальных потоков (на 1 т глинозема) по рудной смеси, известняку, шихте, спеку, топливу на спекание шихты и шламу (см. табл.3). Кроме того, при этом с глиноземсодержащим сырьем поступает в переработку щелочей больше, чем необходимо производству для компенсации их безвозвратных механических потерь и потерь со шламом. Поэтому здесь расхода свежей соды нет (см. табл.3), а необходима организация дополнительного производства по выводу щелочей из процесса в виде товарной соды, что осложнит аппаратурно-технологическую схему.

Таким образом, заявляемый способ имеет следующие преимущества: 1) снижается настылеобразование в печах; 2) снижается температура спекания, что позволяет уменьшить расход топлива на переделе спекания и улучшить работу печей; 3) повышается качество спека за счет увеличения его прочности до требуемых значений и увеличивается извлечение ценных компонентов - глинозема и щелочей; 4) уменьшается расход свежей соды при переработке дистен-андалузит-силлиманитовых концентратов.

Формула изобретения

Способ переработки дистен-андалузит-силлиманитовых концентратов, включающий приготовление шихты и ее спекание, отличающийся тем, что приготовление шихты ведут из дистен-андалузит-силлиманитовых концентратов, известняка, соды и дополнительного щелочного алюмосиликатного сырья при массовом соотношении щелочного алюмосиликатного сырья к дистен-андалузит-силлиманитовым концентратам 0,1-1,0:1,0, спекание ведут при 1250-1300°С и спек выщелачивают.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2, Рисунок 3, Рисунок 4