Способ извлечения оксида алюминия из красного шлама


 


Владельцы патента RU 2561417:

Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Институт химии твердого тела Уральского отделения Российской академии наук (RU)

Изобретение относится к металлургии, а именно к переработке красного шлама - отхода глиноземного производства переработки бокситов щелочным способом Байера. Способ извлечения оксида алюминия из красного шлама включет автоклавное выщелачивании красного шлама при температуре 230-260°С и давлении 21-26 МПа в присутствии гидроксида кальция в щелочном растворе, при этом в исходный красный шлам вводят гидроксид кальция в количестве 2,5-5,0% от массы исходного шлама и 40%-ный раствор NaOH до получения соотношения Ж:Т=1,5÷2,8:1; после автоклавного выщелачивания полученную пульпу охлаждают до 80-120°C, затем добавляют 10%-ный раствор NaOH или воды до получения соотношения Ж:Т не менее 5:1 и выдерживают при перемешивании не менее 1 часа, после чего фильтруют. Изобретение позволяет извлечь оксид алюминия из красного шлама без необходимости проведения дополнительных операций, а также обеспечить высокий процент извлечения оксида алюминия из красного шлама и снизить потери целевого продукта с отработанным красным шламом. Кроме того, изобретение позволяет снизить содержание щелочи (Na2Oкауст) в отработанном красном шламе и возвратить ее в щелочной алюминийсодержащий раствор. 3 пр.

 

Изобретение относится к металлургии, а именно к переработке красного шлама - отхода глиноземного производства переработки бокситов щелочным способом Байера.

Известен способ извлечения оксида алюминия из алюминийсодержащего материала, в частности красного шлама, включающий получение пластичной массы, содержащей исходный материал, известь и воду; при этом известь вводят в количестве 1-3 моля на 1 моль оксида алюминия в исходном материале, причем при содержании в исходном материале оксида кремния дополнительно вводят известь в количестве 1 моля на 1 моль оксида кремния; формирование из пластичной массы гранул размером 60-3000 мкм и обработку гранул в гидротермальных условиях при температуре выше 200°C при атмосферном давлении или выше атмосферного с последующим выщелачиванием оксида алюминия (патент US 4048285, МПК C01F 7/12, C01F 7/18; 1977 год).

Недостатками известного способа являются низкое извлечение оксида алюминия из красного шлама (не более 50%) и большой расход извести, который при заявленных соотношениях достигает 20% и более от количества взятого красного шлама.

Известен способ извлечения оксида алюминия из красного шлама, в котором в красный шлам Байера добавляют известь и оборотный щелочной раствор для проведения мокрой переработки красного шлама, в частности автоклавным способом; в результате мокрой переработки получают суспензию, которую разделяют для получения раствора после переработки красного шлама и отработанного красного шлама; отработанный красный шлам далее промывают для получения раствора после промывки отработанного красного шлама и исчерпывающе отработанного красного шлама (патент RU 2478574, МПК C01F 7/06, 2013 год).

К недостаткам способа относятся значительные потери целевого продукта с исчерпывающе отработанным красным шламом, поскольку остаточное содержание оксида алюминия в нем составляет не менее 12%; а также необходимость проведения предварительно перед автоклавной обработкой пульпы операции нагрева-удержания пульпы, что увеличивает время термообработки и усложняет процесс.

Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому является способ гидрохимической переработки алюмосиликатного сырья, включающий приготовление суспензии сырья в высокомодульном алюминатном растворе и автоклавное выщелачивание красного шлама ветви Байера в присутствии известьсодержащей добавки (патент RU 2193525, МПК C01F 7/06, 2002 год) (прототип).

К недостаткам способа относятся значительные потери целевого продукта с исчерпывающе отработанным красным шламом, поскольку остаточное содержание оксида алюминия в нем составляет не менее 7,7%; а также необходимость проведения предварительной операции приготовления известково-клинкерной суспензии путем смешения товарной извести, взятой в количестве 43% от массы шлама, и железистого клинкера, содержащего феррит натрия Na2Fe2O4, высокотемпературной каустификацией карбоната натрия в присутствии Fe2O3-содержащего материала (железной окалины) и высокомодульного раствора во вращающейся печи.

Таким образом, перед авторами стояла задача разработать способ извлечения оксида алюминия из красного шлама без необходимости проведения дополнительных операций, усложняющих способ, обеспечивающий высокий процент извлечения оксида алюминия из красного шлама и, соответственно, снижение потерь целевого продукта с отработанным красным шламом.

Поставленная задача решена в предлагаемом способе извлечения оксида алюминия из красного шлама, включающем автоклавное выщелачивании красного шлама при повышенной температуре и давлении выше атмосферного в присутствии гидроксида кальция в щелочном растворе, в котором в исходный красный шлам вводят гидроксид кальция в количестве 2,5-5,0% от массы исходного шлама и 40%-ный раствор NaOH до получения соотношения фаз жидкое : твердое = 1,5+2,8:1; при этом автоклавное выщелачивание проводят при температуре 230-260°С и давлении 21-26 МПа, а после автоклавного выщелачивания полученную пульпу охлаждают до 80-120°С, затем добавляют раствор 10%-ной NaOH или воды до получения соотношения фаз жидкое : твердое не менее 5:1 и выдерживают при перемешивании не менее 1 часа, после чего фильтруют.

В настоящее время из патентной и научно-технической литературы не известен способ извлечения оксида алюминия из красного шлама путем автоклавного выщелачивания в заявленных пределах технологических параметров.

Исследования, проведенные авторами, позволили установить, что в случае проведения автоклавного выщелачивания с добавлением 40%-ного раствора едкого натра при температуре выше 220° вводимый дополнительно гидроксид кальция интенсифицирует процессы разложения алюмогетита, шамозита, алюмосиликата, алюмоферросиликата, входящих в состав исходного красного шлама. Эти соединения трансформируются после ряда промежуточных реакций в растворимый алюминат натрия Na[Al(OH)4] и нерастворимые соединения, в частности NaCaHSiO2, Ca3(Fe0,87Al0,13)2SiO4)1,65 (ОН)5,4. При этом экспериментальным путем определены оптимальные значения рабочих параметров.

Избыточное количество щелочи, вводимой с 40-50% раствором NaOH, (жидкое : твердое более 2,8:1), приводит к снижению содержания алюминия в алюминатном растворе вследствие уменьшения растворимости алюминия в сильнощелочном растворе с увеличением каустического модуля. При введении меньшего количества щелочи (жидкое : твердое менее 1,5:1) реакции разложения ферроалюмосиликатов шлама в присутствии гидроксида кальция и последующей каустификации с образованием растворимых алюминатов натрия не происходят достаточно полно, что отражается в снижении степени извлечения оксида алюминия в щелочной раствор.

Введение гидроксида кальция в количестве менее 2,5% от количества взятого шлама не оказывает достаточного влияния на разложение алюможелезистых и алюмосиликатных фаз шлама. Избыточное количество гидроксида кальция в количестве более 5% от количества взятого шлама снижает степень извлечения алюминия, т.к. наряду с формированием нерастворимых силикатов кальция, образуются устойчивые в щелочных растворах алюминаты кальция, которые легко переходят при понижении температуры при разбавлении автоклавной пульпы в стабильный трехкальциевый алюминат, выводимый с отработанным красным шламом.

Предлагаемый способ может быть осуществлен следующим образом. Твердую фазу красного шлама процесса Байера состава, %: 45,1 Fe2O3; 13,8 Al2O3; 9,3 SiO2; 11,0 СаО; 5,2 Na2O; 4,6 TiO2; 1,1 MgO; 0.7 P2O5 и др. помещают в автоклавнуюустановку, туда же помещают гидроксид кальция (известь) в количестве 2,5-5% от массы исходного красного шлама и 40%-ный раствор NaOH до получения соотношения фаз жидкое : твердое = 1,5-2,8:1. Автоклавную обработку (варку) полученной суспензии проводят в течение 1-2 часов при температуре 230-260°С и давлении 21-26 МПа. После автоклавной обработки пульпу охлаждают до температуры 80-120°С, затем добавляют раствор 10%-ной NaOH или воды до получения соотношения фаз жидкое : твердое не менее 5:1 и выдерживают при перемешивании не менее 1 часа, после чего фильтруют. Отработанный красный шлам после удаления алюминийсодержащего раствора дополнительно промывают водой при соотношении фаз жидкое : твердое не менее 10:1 и отфильтровывают. По данным химического анализа отработанный красный шлам содержит не более 5% Al2O3; менее 1% Na2O; не более 20% СаО. Промывные воды от промывки отработанного шлама возвращают на разбавление вареной пульпы или снова на промывку отработанного красного шлама. Предлагаемые параметры процесса и простая последовательность операций обеспечивают степень извлечения оксида алюминия около 70% при содержании оксида натрия в промытом отработанном красном шламе не более 1%.

Предлагаемый способ иллюстрируется следующими примерами.

Пример 1. 36 г красного шлама процесса Байера, содержащего, г: 15,79 Fe2O3; 4,97 Al2O3; 3,35 SiO2; 3,96 СаО; 1,08 Na2O; 1,66 TiO2; 0,4 MgO; 0,25 P2O5, помещают в автоклавную установку (Parr 4560, США, объемом 450 см3, скорость перемешивания 100 об/мин). Туда же помещают 0,110 дм 40%-ного раствора щелочи NaOH, что соответствует получению жидкое/твердое = 2,8 и 1,8 г Са(ОН)2, что соответствует 5% от массы взятого шлама. Автоклавную обработку проводят при температуре 260°С, давлении 26 МПа в течение 1 часа. После охлаждения пульпы до 80°С в нее добавляют 0,250 дм3 10%-ного раствора NaOH, что соответствует получению соотношения фаз жидкое : твердое=9,5:1, выдерживают в течение 1 часа при перемешивании и фильтруют. После фильтрования получают 0,330 дм3 алюминийсодержащего раствора, содержащего 10,2 г/дм Al2O3. Отработанный красный шлам соединяют с 0,300 дм воды для окончательной промывки. Промытый отработанный красный шлам содержит, %: 4,5 Al2O3; 0,67 Na2O; 17,5 СаО. Степень извлечения(с учетом возврата алюминийсодержащих промывочных вод) оксида алюминия из красного шлама составляет 68,9%.

Пример 2. 36 г красного шлама процесса Байера содержащего, г: 15,79; Fe2O3; 4,97 Al2O3; 3,35 SiO2; 3,96 СаО; 1,08 Na2O; 1,66 TiO2; 0,4 MgO; 0.25 P2O5, помешают в автоклавную установку (Parr 4560, США, объемом 450 см, скорость перемешивания 100 об/мин). Туда же помещают 0,110 дм 40%-ного раствора щелочи NaOH, что соответствует получению фаз жидкое/твердое = 2,8 и 0,9 г Са(ОН)2, что соответствует 2,5% от массы взятого шлама. Автоклавную обработку проводят при температуре 250°С, давлении 22 МПа в течение 1 часа. После охлаждения пульпы до 80°С в нее добавляют 0,250 дм3 10%-ного раствора NaOH, что соответствует получению соотношения фаз жидкое : твердое = 9,5:1, выдерживают в течение 1 часа при перемешивании и фильтруют. После фильтрования получают 0,160 дм3 алюминийсодержащего раствора, содержащего 21,4 г/дм Al2O3. Отработанный красный шлам соединяют с 0,300 дм3 воды для окончательной промывки. Промытый отработанный красный шлам содержит, %: 4,1 Al2O3; 0,72 Na2O; 16,8 СаО. Степень извлечения (с учетом возврата алюминийсодержащих промывочных вод) оксида алюминия из красного шлама составляет 70,6%.

Пример 3. 36 г красного шлама процесса Байера содержащего, г: 15,79; Fe2O3; 4,97 Al2O3; 3,35 SiO2; 3,96 СаО; 1,08 Na2O; 1,66 TiO2; 0,4 MgO; 0.25 P2O5, помешают в автоклавную установку (Parr 4560, США, объемом 450 см, скорость перемешивания 100 об/мин). Туда же помещают 0,055 дм3 40%-ного раствора щелочи NaOH, что соответствует получению жидкое/твердое = 1,5 и 0,9 г Са(ОН)2, что соответствует 2,5% от массы взятого шлама. Автоклавную обработку проводят при температуре 230°С, давлении 21 МПа в течение 2 часов. После остывания пульпы до 80°С в нее добавляют 0,250 дм3 10%-ного раствора NaOH, что соответствует получению соотношения фаз жидкое : твердое = 8,3:1, выдерживают в течение 1 часа при перемешивании и фильтруют. После фильтрования получают 0,280 дм3 алюминийсодержащего раствора, содержащего 11,5 г/дм Al2O3. Отработанный красный шлам соединяют с 0,300 дм3 воды для окончательной промывки. Промытый отработанный красный шлам содержит, %: 4,8 Al2O3; 0,96 Na2O; 18,8 СаО. Степень извлечения (с учетом возврата алюминийсодержащих промывочных вод) оксида алюминия из красного шлама составляет 65,8%.

Таким образом, предложен способ извлечения оксида алюминия из красного шлама без необходимости проведения дополнительных операций, усложняющих способ, обеспечивающий высокий процент извлечения оксида алюминия из красного шлама и, соответственно, снижение потерь целевого продукта с отработанным красным шламом, одновременно способ в заявленных пределах технологических параметров обеспечивает снижение содержания щелочи (Nа2Окауст) в отработанном красном шламе и возвращение ее в щелочной алюминийсодержащий раствор.

Способ извлечения оксида алюминия из красного шлама, включающий автоклавное выщелачивание красного шлама при повышенной температуре и давлении выше атмосферного в присутствии гидроксида кальция в щелочном растворе, отличающийся тем, что в исходный красный шлам вводят гидроксид кальция в количестве 2,5-5,0% от массы исходного шлама и 40%-ный раствор NaOH до получения соотношения фаз жидкое : твердое = 1,5÷2,8:1; при этом автоклавное выщелачивание проводят при температуре 230-260°C и давлении 21-26 МПа, а после автоклавного выщелачивания полученную пульпу охлаждают до 80-120°C, затем добавляют раствор 10%-ной NaOH или воды до получения соотношения фаз жидкое : твердое не менее 5:1 и выдерживают при перемешивании не менее 1 часа, после чего фильтруют.



 

Похожие патенты:

Изобретение относится к производству глинозема в ходе процесса Байера. Способ удаления кремнезема в ходе процесса Байера включает добавление промотирующего агента в технологическую среду производства глинозема, образование кремнеземсодержащего осадка и удаление его из технологической среды производства глинозема.
Изобретение относится к удалению взвешенных твердых частиц в процессах варки бокситовых руд. Предложен способ флоккуляции, включающий взаимное перемешивание кремнийсодержащего полимерного флоккулянта с технологическим потоком процесса варки бокситовой руды в количестве, эффективном для того, чтобы флоккулировать, по меньшей мере, часть взвешенных в нем твердых частиц по меньшей мере, одного типа, выбранных из алюмосиликата кальция, силиката кальция, титаната кальция, диоксида титана и их смесей.

Изобретение относится к области химии. Боксит перерабатывают по способу Байера, согласно которому: а) готовят бокситовую руду, b) её выщелачивают, получают пульпу, содержащую раствор, обогащенный растворенным глиноземом, и красный шлам, с) раствор отделяют от красного шлама; d) раствор, обогащенный оксидом алюминия, приводят в сильно неравновесное состояние пересыщения обычно путем охлаждения и разбавления и в него вводят частицы тригидрата глинозема для декомпозиции, т.е.
Изобретение относится к способу переработки бокситов на глинозем. Способ включает размол боксита в оборотном растворе, выщелачивание, сгущение с получением алюминатного раствора и красного шлама, промывку красного шлама, декомпозицию алюминатного раствора с получением гидроокиси алюминия и маточного раствора, выпарку маточного раствора с получением оборотного раствора и кальцинацию гидроокиси алюминия с получением глинозема.
Изобретение относится к области цветной металлургии. .

Изобретение относится к области цветной металлургии. .
Изобретение относится к области цветной металлургии. .

Изобретение относится к технологии получения технологических солевых растворов горнорудного производства, в частности к повышению стабильности этих растворов. .

Изобретение относится к области металлургии. .

Изобретение может быть использовано в химической промышленности. Способ получения оксида алюминия в процессе Байера включает добавление одного или более чем одного сшитого полисахарида в количестве от 0,1 до 100 частей на миллион к раствору указанного процесса на стадии осаждения тригидрата оксида алюминия. Изобретение позволяет повысить эффективность флокуляции мелких кристаллов тригидрата оксида алюминия, уменьшить потерю твердых веществ с оборотным раствором. 11 з.п. ф-лы, 9 табл., 9 пр.
Изобретение может быть использовано в химической промышленности. Способ получения оксида алюминия в процессе Байера включает добавление одного или более полисахаридов, один из которых представляет собой склероглюкан, в раствор потока текучей среды указанного процесса на стадии осаждения тригидрата оксида алюминия. Изобретение позволяет улучшить осаждение мелких кристаллов тригидрата оксида алюминия в процессе флокуляции, повысить выход продукта. 6 з.п. ф-лы, 12 табл., 10 пр.
Изобретение может быть использовано в химической промышленности. В процессе гидрохимической переработки алюмосиликатного сырья проводят автоклавное выщелачивание красных шламов ветви Байера в высокомодульном алюминатном растворе в присутствии известьсодержащей добавки. Отделяют гидрогранатный шлам от среднемодульного раствора. Вводят оборотную гидроокись кальция в среднемодульный алюминатный раствор для выделения из него осадка трехкальциевого гидроалюмината и получения высокомодульного раствора. Упаривают высокомодульный раствор и возвращают его на приготовление суспензий красного шлама и известьсодержащей добавки. Проводят регенерацию гидроокиси кальция из трехкальциевого гидроалюмината и возвращают ее на обработку среднемодульного алюминатного раствора. Получают щелоче-алюминатный раствор с каустическим отношением Na2O/Al2O3, равным 3,15-3,25, при автоклавном выщелачивании трехкальциевого гидроалюмината в содо-щелочном растворе. В процессе карбонизации смеси 15-20 % потока среднемодульного раствора и эквивалентной части потока утилизированного щелоче-алюминатного раствора получают Al(ОН)3. Изобретение позволяет полностью утилизировать красные шламы, отбираемые из потока глиноземного производства или из шламовых хранилищ глиноземных заводов, с получением новой товарной продукции - гидроксида алюминия, щелоче-алюминатного раствора и/или кальцинированной соды, и железо-кальциевого концентрата и с обеспечением экологической защиты окружающей среды. 2 з.п. ф-лы.
Наверх