РАСПЛАВЫ

1 · 2019

УДК 669.712/546.161

ВЛИЯНИЕ КАЛЬЦИЙСОДЕРЖАЩИХ ДОБАВОК

НА ИЗВЛЕЧЕНИЕ ОКСИДА АЛЮМИНИЯ ИЗ КРАСНЫХ ШЛАМОВ

ГЛИНОЗЕМНОГО ПРОИЗВОДСТВА

В. М. Уфимцев^b, Э. М. Лебедева^a

^aИнститут химии твердого тела Уральского отделения Российской академии наук,

620990 Россия, Екатеринбург, ул. Первомайская, 91

^bУральский федеральный университет имени первого Президента России Б.Н. Ельцина,

620002 Россия, Екатеринбург, ул. Мира, 19

*e8mail: bibanaeva@mail.ru

Поступила в редакцию 10.06.2018

Приведены результаты экспериментального изучения влияния кальцийсодержа"

щих реагентов на процесс высокотемпературного автоклавного извлечения оксида

алюминия из красных шламов, полученных из бокситов Тиманского месторождения

по параллельному способу Байер"спекание. Методами РФА и ЭДРА определен фа"

зовый состав продуктов взаимодействия. Показано повышение извлечения оксида

алюминия из красных шламов при использовании в процессе поверхностно"карбо"

низированной извести.

Ключевые слова: красные шламы, переработка, довыщелачивание, оксид кальция.

DOI: 10.1134/S0235010618050031

ВВЕДЕНИЕ

Одной из наиболее острых проблем ресурсосбережения в металлургии является

утилизация красных шламов (КШ). Производство алюминия из бокситовых руд со"

провождается образованием большого количества отходов в виде красного шлама.

При производстве одной тонны товарного алюминия по методу Байера образуется

около полутора тонн красного шлама, химический состав, которого определяется со"

ставом и свойствами выщелачиваемого боксита, а также длительностью и условиями

хранения в шламонакопителях.

В настоящее время является общепризнанным, что проблемы охраны окружающей

среды и нерационального использования природных ресурсов могут быть решены при

создании безотходных производств.

Современные предприятия глиноземного производства, не обладающие технологи"

ей комплексной переработки бокситов, складируют отходы в шламонакопителях. По"

лагая дальнейшую переработку экономически не целесообразной и, тем самым, со"

здают экологическую опасность для региона.

Учитывая особенности химического состава (высокое содержание оксидов железа и

алюминия) и высокую дисперсность (содержание фракции - 5 мкм достигает 80%)

практический интерес, в первую очередь, представляют методы утилизации красного

шлама с максимальным переводом компонентов в товарные продукты. В наибольшей

мере этим требованиям отвечают схемы, предусматривающие пирометаллургическую

переработку шлама с получением металла и шлаков. Одним из вариантов этой схемы

может быть прямое получение чугуна и высокоглиноземистых шлаков (клинкеров) на

основе красных шламов. Альтернативная технология предлагает более сложную схему,

предусматривающую разделение шлама на магнитную и немагнитную фракции с по"

лучением железосодержащего концентрата (на производство чугуна), алюмосиликат"

100

С. А. Бибанаева, В. Н. Корюков, В. М. Скачков, Н. А. Сабирзянов и др.

Таблица 1

Химический состав красных шламов после довыщелачивания

с добавлением извести марки “ч. д. а.”, мас. %

Дозировка

Степень

кальцийсодержащей

Na₂O

Al₂O₃

SiO₂

TiO₂

Fe₂O₃

CaO

извлечения, %

добавки

2.55

7.45

5.64

4.17

47.5

15.38

2.07

7.15

5.74

2.25

46.0

17.51

1.87

7.85

5.63

4.01

45.0

19.75

ного продукта (на производство цемента) и редкометального концентрата (на извле"

чение скандия) [1]. Однако существенным препятствием для использования красных

шламов в черной металлургии является содержание в них щелочи, серы, фосфора и

влаги. Что же касается гидрохимических способов переработки КШ, то эти методы

дают возможность селективного извлечения микрокомпонентов. К таким методам от"

носится кислотное выщелачивание, включающие солянокислотные, азотнокислот"

ные, сернокислотные технологии. Такие технологии позволяют селективно извлекать

в раствор такие полезные компоненты как скандий, металлы группы лантаноидов и

других редких металлов [1].

Для извлечения из красного шлама макрокомпонентов применяют щелочные спо"

собы. Так для доизвлечения из КШ оксида алюминия предлагается высокотемпера"

турное автоклавное выщелачивание с использованием поверхностно"карбонизиро"

ванной извести (ПКИ). Ранее проведенные исследования по изучению влияния до"

бавки ПКИ на показатели процесса автоклавного выщелачивания бокситов,

показали, что использование ПКИ в качестве активной добавки позволяет увеличить

степень выщелачивания глинозема в раствор и увеличить кремневый модуль алюми"

натного раствора [2, 3].

ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНАЯ ЧАСТЬ

Для эксперимента применяли отвальный красный шлам следующего состава мас. %:

Al₂O₃- 14.32, Fe₂O₃- 47.82, SiO₂- 5.35, TiO₂- 0.67, CaO - 12.87, Na₂O - 0.94, промышлен"

ный оборотный раствор, г/л: Al₂O₃- 103.95, Na₂O - 312.2, SiO₂- 0.32, μ_Si- 325, α_k- 4.94.

В качестве кальцийсодержащих добавок использовали известь марки “ч. д. а.” [4] и по"

верхностно"карбонизированную известь (ПКИ) [5] в количестве до 10 мас. %.

Эксперименты проводились в лабораторном автоклаве серии 4560 компании Parr

при температуре 250°С в течении 2.5 ч при давлении 37-40 МПа при постоянном ме"

ханическом перемешивании со скоростью 100 об./мин. Полученные продукты взаи"

модействия исследовались методами РФА, ЭДРА, химический анализ проводили по

стандартным методикам (титриметрически, колориметрически, волюмометрически).

РЕЗУЛЬТАТЫ И ОБСУЖДЕНИЕ

В табл. 1 и 2 показан химический состав шламов после довыщелачивания КШ с ис"

пользованием добавок ПКИ и извести марки “ч. д. а.”. Максимальная степень извле"

чения 48% при добавке извести марки “ч. д. а.” достигнута при дозировке 1 мас. %. В

целом такая добавка мало влияет на процесс, т.к. извлечение немногим выше, чем без

использования активирующей добавки, а при дозировке 10% даже ухудшает показате"

ли. Установлено, что добавка ПКИ позволяет повысит степень выщелачивания окси"

да алюминия в раствор до 62% при дозировке 1 мас. %. С увеличением количества

Влияние кальцийсодержащих добавок на извлечение оксида алюминия

101

Таблица 2

Химический состав красных шламов после довыщелачивания с добавлением ПКИ, мас. %

Дозировка

Степень

кальцийсодержащей

Na₂O

Al₂O₃

SiO₂

TiO₂

Fe₂O₃

CaO

извлечения, %

добавки

2.55

7.45

5.64

4.17

47.5

15.38

2.28

6.34

5.69

4.1

55.0

17.01

1.67

5.88

6.58

3.92

45.2

19.9

ПКИ до 10 мас. % наблюдается снижение извлечение за счет того, что переизбыток

кальция связывает алюминий в нерастворимые гидроалюмосиликаты.

По результатам РФА установлено различие фазовых составов полученных твердых

осадков. Основная фаза твердых осадков представлена гематитом. В осадках с добав"

лением извести марки “ч. д. а.” содержание гидроалюмосиликатов натрия (ГАСНа)

значительно превышает содержание в осадках с использованием ПКИ. В осадках с до"

бавлением ПКИ регистрируется выше содержание кальциевых гидроалюмосилика"

тов, Это является положительным моментом, т.к. наблюдается снижение потерь на"

трия из раствора в твердый осадок.

ВЫВОДЫ

Использование поверхностно"карбонизированной извести в качестве интенсифици"

рующей добавки в процессе автоклавного выщелачивания КШ глиноземного производ"

ства позволяет увеличить степень выщелачивания глинозема в раствор, и увеличить при

этом полноту использования природных ресурсов. Кроме того, такие исследования поз"

воляют расширить представление о физико"химии направленного фазообразования в

многокомпонентных гетерогенных оксидно"гидроксидных системах.

Работа выполнена при частичной финансовой поддержке Комплексной програм"

мы УрО РАН “Химические проблемы устойчивого развития” № 18"3"3"5.

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

1. С а б и р з я н о в Н . А . , Я ц е н к о С . П . Гидрохимические способы комплексной пе"

реработки боксита. Екатеринбург: ИХТТ УрО РАН, 2006. 384 с.

2. Б и бан аева С .А ., С аби рзян ов Н .А ., К орю ков В .Н ., Уф и м ц ев В .М . ,

Аб а к у м о в С . А . Технология получения извести и использование ее при производстве гли"

нозема // Естественные и технические науки. 2014. № 5(73). С. 164-170.

3. Б и б а н а е в а С . А . , С а б и р з я н о в Н . А . , К о р ю к о в В . Н . Влияние кальцийсо"

держащих реагентов на выщелачивание бокситов по способу Байера // Физико"химические

аспекты изучения кластеров, наноструктур и наноматериалов. Межвузовский сборник науч"

ных трудов. Тверь. 2017. С. 94-98.

4. Реактивы. Кальция оксид. Технические условия: ГОСТ 8677"76. Взамен ГОСТ 8677"66;

введ. 30.06.1977.

5. Пат. 2287496 Российская Федерация, МПК C04B2/10, F27B21/00. Способ получения из"

вести и установка для его осуществления / Уфимцев В.М.; заявитель и патентообладатель

ГОУ ВПО Уральский государственный технический университет -УПИ. № 2005112824/03; за"

явл. 27.04.2005; опубл. 20.11.2006. Бюл. № 32. 10 с.

102

С. А. Бибанаева, В. Н. Корюков, В. М. Скачков, Н. А. Сабирзянов и др.

The Effect of Calcium@Containing Additives on the Extraction of Alumina

from Red Muds of Alumina Production

S. A. Bibanayeva¹, V. N. Koryukov², V. M. Skachkov¹, N. A. Sabirzyanov¹,

V. M. Ufimtsev², E. M. Lebedeva¹

¹Institute of Solid State Chemistry of the Ural Branch of the Russian Academy of Sciences,

620990 Russia, Yekaterinburg, st. Pervomayskaya, 91

²Ural Federal University named of the first President of Russia B.N. Yeltsin,

620002 Russia, Yekaterinburg, st. Mira, 19

The results of an experimental study of the effect of calcium"containing reagents on the

process of high"temperature autoclave extraction of alumina from red muds obtained from

Timan deposit bauxites by the parallel Bayer"sintering method are presented. The phase

composition of products is determined by XRD and EDXR methods. Increased extraction

of alumina from red mud when used the surface"carbonized lime in the process is shown.

Keywords: red mud, processing, leaching, calcium oxide

REFERENCES

1. Sabirzyanov N.A., Yatsenko S.P. Hydrochemical methods of complex processing of bauxite.

[Gidrokhimicheskiye sposoby kompleksnoy pererabotki boksita]. Yekaterinburg: IKHTT UrO RAN,

2006. 384 p. [In Rus.].

2. Bibanayeva S.A., Sabirzyanov N.A., Koryukov V.N., Ufimtsev V.M., Abakumov S.A. Technolo"

gy of lime production and its use in the production of alumina. [Tekhnologiya polucheniya izvesti i

ispol’zovaniye yeye pri proizvodstve glinozema] // Yestestvennyye i tekhnicheskiye nauki.

2014.

№ 5(73). P. 164-170. [In Rus.].

3. Bibanayeva S.A., Sabirzyanov N.A., Koryukov V.N. The effect of calcium"containing reagents

on the leaching of bauxites by the Bayer method. [Vliyaniye kal’tsiysoderzhashchikh reagentov na vysh8

chelachivaniye boksitov po sposobu Bayyera] // Fiziko"khimicheskiye aspekty izucheniya klasterov,

nanostruktur i nanomaterialov. Mezhvuzovskiy sbornik nauchnykh trudov. Tver’. 2017. P. 94-98.

[In Rus.].

4. Reagents. Calcium oxide. Technical conditions: GOST 8677"76. In exchange for GOS 8677"66;

Enter. 30.06.1977.

5. Pat. 2287496 Russian Federation, IPC C04B2/10, F27B21/00. Method of obtaining lime and

installation for its implementation / Ufimtsev V.M.; applicant and patent holder of the Ural State

Technical University"UPI. № 2005112824/03; claimed. 27.04.2005; publ. 20.11.2006. Bul. № 32.

10 p.