RU2193525C1 - Способ гидрохимической переработки алюмосиликатного сырья - Google Patents

Abstract

Изобретение относится к цветной металлургии, в частности, к области переработки на глинозем низкокачественного алюмосиликатного сырья, например, высококремнистых низкожелезистых бокситов, забалансовых бокситовых руд и красных шламов. Техническим результатом является снижение расхода извести, повышение уровня регенерации Аl₂О₃ и увеличение производительности автоклавных установок при выщелачивании красного шлама. Достижение вышеуказанного технического результата обеспечивается способом гидрохимической переработки алюмосиликатного сырья, включающем приготовление суспензий сырья в высокомодульном алюминатном растворе, автоклавное выщелачивание красных шламов ветви Байера в присутствии известьсодержащей добавки, отделение гидрогранатного шлама от среднемодульного раствора, введение оборотной гидроокиси кальция в среднемодульный алюминатный раствор для выделения из него осадка трехкальциевого гидроалюмината и получения высокомодульного раствора, упарку высокомодульного раствора и возврат его на приготовление суспензий красного шлама и известьсодержащей добавки, регенерацию гидроокиси кальция из трехкальциевого гидроалюмината и возврат ее на обработку среднемодульного алюминатного раствора. В качестве известьсодержащей добавки при автоклавном выщелачивании красного шлама используют суспензию измельченной смеси окиси и/или гидроокиси кальция и феррита натрия в высокомодульном растворе, автоклавное выщелачивание суспензии красного шлама в высокомодульном растворе с весовым отношением жидкое/твердое, равным 3-7, проводят совместно с известьсодержащей добавкой из расчета получения средне модульного раствора с молярным отношением Nа₂О_ku/Аl₂О₃, равным 7,5-9,5, а регенерацию гидроокиси кальция из осадка трехкальциевого гидроалюмината осуществляют в автоклавных условиях при температуре 205-240^oС путем обработки высокомодульным алюминатным раствором с концентрацией Na₂O_ku, равной 240-280 г/дм³, и молярным отношением Na₂O_ku/Al₂O₃, равным 25-35. 1 табл.

Description

Изобретение относится к цветной металлургии, в частности к области переработки на глинозем низкокачественного алюмосиликатного сырья, например высококремнистых низкожелезистых бокситов, забалансовых бокситовых руд и красных шламов.

Известен способ переработки бокситов с содержанием диоксида кремния до 8% SiO₂, согласно которому боксит перерабатывают по способу Байера, а полученный красный шлам отделяют от алюминатного раствора и подвергают дополнительной обработке. Для этого красный шлам смешивают с каустическим раствором с концентрацией Na₂O, равной 300 г/дм³, из расчета получения алюминатного раствора с молярным отношением Na₂O_ku/Al₂O₃, равным 11,0 и выше, добавляют обожженную известь из расчета получения в гидрогранатном шламе весового отношения CaO/SiO₂, равного 1,95-2,00. Полученную шламовую суспензию выщелачивают в автоклавной установке, в одну стадию, при температуре 260-300^oС и давлении 8-10 МПа, в течение 10-15 минут. Новый гидрогранатный шлам отделяют от раствора и направляют на шламовое поле, а среднемодульный алюминатный раствор подвергают глубокой упарке до концентрации Na₂O_ku, равной 570-590 г/дм³, с целью кристаллизации гидроалюмината натрия Na₂O•Al₂O₃•2,5H₂O. Количество кристаллогидрата эквивалентно массе окиси алюминия, регенерируемой из красного шлама. Гидроалюминат натрия отделяют от каустического раствора и передают в технологическую ветвь Байера, а полученный каустический раствор разбавляют водой до исходной концентрации щелочи и используют для выщелачивания новой порции красного шлама (Труды конгресса Society of AIME "Light Metal", 27.2. - 1.3.1984 г., Лос-Анджелес, США, P,J. Creswell, D. J. Milne, "Hydrothermal recovery of soda and alumina from red mud").

Недостатками этого способа являются высокие энергетические расходы, низкий уровень регенерации щелочи из красного шлама и высокий расход извести, который составляет 2,0 кг СаО на 1 кг SiO₂.

Расходы энергоресурсов превышают номинальный уровень в три раза. Обусловлены они, главным образом, потребностью в тепловой энергии на проведение глубокого упаривания среднемодульного раствора, составляющей 2,2 номинала, а также расходами на поддержание режима высокотемпературного выщелачивания красного шлама - тепловая энергия для греющих автоклавов и электрическая энергия для поршневых насосов высокого давления.

Низкий уровень регенерации Na₂O связан с появлением в составе отвального шлама новой нерастворимой натрийсодержащей фазы в виде натрокальциевого гидроалюмосиликата (НКГАС), которая синтезируется в высокощелочной среде попутно с образованием гидрогранатных продуктов.

Кроме того, использование такого способа приводит к необходимости применять специальную аппаратуру высокого давления, имеющую усиленную коррозионную устойчивость. Металлоемкость установок выщелачивания шлама превышает номинальный уровень в 2,25 раза. Стоимость применяемых никелевых покрытий и легированных сталей увеличивает затраты на автоклавное оборудование высокого давления на 15%. Количество установок глубокого выпаривания среднемодульного раствора возрастает адекватно мере увеличения объема выпаренной воды, в данном случае - в 2,2 раза.

Наиболее близким к заявленному способу является способ гидрохимической переработки красных шламов в высокомодульных алюминатных растворах с концентрацией Na₂O_ku, равной 160 г/дм³, и молярным отношением Na₂O_ku/Аl₂О₃, равным 40.

По этому способу красный шлам репульпируют в высокомодульном растворе (BMP) с получением суспензии, в которой весовое отношение Ж/Т равно 10. В суспензию дозируют обожженную известь из расчета 1,8 кг СаО на 1 кг SiO₂ в красном шламе, после чего проводят автоклавное выщелачивание известково-шламовой суспензии при температуре 235^oС, в течение 1,5 часа, с получением среднемодульного раствора (СМР), в котором молярное отношение Na₂O_ku /Аl₂О₃ равно 14,0. После отделения гидрогранатного шлама среднемодульный раствор обрабатывают свежей обожженной известью с целью перевода регенерированной окиси алюминия в осадок трехкальциевого гидроалюмината (ТКГА). Полученный известковый продукт (ТКГА) отделяют от раствора и передают для утилизации в ветвь Байера на автоклавное выщелачивание боксита. (Медведев В.В., Сизяков В. М., Неусихин М.М., Овсяников В.И. Улучшение технико-экономических показателей производства глинозема из бокситов // Цветная металлургия, 1988, 1, с. 15-17,).

Недостатками данного способа являются, повышенный расход обожженной извести, малый уровень регенерации связанной окиси алюминия из красного шлама и низкая производительность стандартных автоклавных установок по количеству утилизируемого красного шлама.

Высокий расход обожженной извести связан с ее потреблением в двух раздельных точках. Первая - в автоклавной установке, при переводе диоксида кремния из состава красного шлама в гидрогранатный продукт, с удельным расходом 1,8 кг СаО на 1 кг SiO₂; вторая - в мешалках кристаллизации, при синтезе трехкальциевого гидроалюмината (ТКГА), с удельным расходом 1,65 кг СаО на 1 кг регенерируемой Аl₂О₃.

Малый уровень регенерации окиси алюминия из состава красного шлама является следствием сокращения массовой доли железистого гидрограната 3СаО•Fе₂O₃•2SiO₂•2Н₂O в отвальном продукте. Объясняется это тем, что адекватная часть растворенного бокситового диоксида кремния переходит в фазу алюминиевого гидрограната 3СаО•Аl₂O₃•SiO₂•4Н₂O при введении добавки гидрохимической фазы ТКГА в сферу автоклавного выщелачивания боксита. Алюминиевый гидрогранат при последующем гидрохимическом выщелачивании красного шлама регенерации не поддается, что приводит к дополнительным потерям окиси алюминия в отвальном шламе.

Низкая производительность автоклавных установок по массе утилизируемого сухого красного шлама предопределена высоким уровнем заданного весового отношения Ж/Т в исходной пульпе, связана с низкой концентрацией Аl₂О₃ в исходном выщелачивающем растворе и обусловлена высоким уровнем дозировочного модуля получаемого среднемодульного раствора. Для утилизации определенного количества красного шлама, в случае использования стандартных автоклавов с фиксированными объемами рабочего пространства, потребуется в способе по прототипу эквивалентно увеличивать число автоклавных установок, что приводит к адекватному повышению инвестиционных и энергетических затрат.

В основу изобретения положена задача создания способа гидрохимической переработки алюмосиликатного сырья, при котором осуществляется интенсификация процессов взаимодействия СаО, Fе₂O₃, SiO₂, Аl₂О_з и Na₂O в направлении синтеза преимущественно железистых гидрогранатов, что позволит снизить расход извести, повысить уровень регенерации Аl₂О₃ и увеличить производительность автоклавных установок при выщелачивании красного шлама.

Достижение вышеуказанного технического результата обеспечивается тем, что в способе гидрохимической переработки алюмосиликатного сырья, включающем приготовление суспензий сырья в высокомодульном алюминатном растворе, автоклавное выщелачивание красных шламов ветви Байера в присутствии известьсодержащей добавки, отделение гидрогранатного шлама от среднемодульного раствора, введение оборотной гидроокиси кальция в среднемодульный алюминатный раствор для выделения из него осадка трехкальциевого гидроалюмината и получения высокомодульного раствора, упарку высокомодульного раствора и возврат его на приготовление суспензий красного шлама и известьсодержащей добавки, регенерацию гидроокиси кальция из трехкальциевого гидроалюмината и возврат ее на обработку среднемодульного алюминатного раствора, в качестве известьсодержащей добавки при автоклавном выщелачивании красного шлама используют суспензию измельченной смеси окиси и/или гидроокиси кальция и феррита натрия в высокомодульном растворе, автоклавное выщелачивание суспензии красного шлама в высокомодульном растворе с весовым отношением жидкое/твердое, равным 3...7, проводят совместно с известьсодержащей добавкой из расчета получения среднемодульного раствора с молярным отношением Na₂O_ku/Al₂O₃, равным 7,5... 9,5, а регенерацию гидроокиси кальция из осадка трехкальциевого гидроалюмината осуществляют в автоклавных условиях при температуре 205. . .240^oС путем обработки высокомодульным алюминатным раствором с концентрацией Na₂O_ku, равной 240...280 г/дм³, и молярным отношением Na₂O_ku/Al₂O₃, равным 25...35.

Использование в качестве известьсодержащей добавки суспензии измельченной смеси окиси и/или гидроокиси кальция и феррита натрия в высокомодульном растворе, проведение автоклавного гидрохимического выщелачивания красного шлама в присутствии этой добавки и осуществление регенерации окиси кальция из осадка трехкальциевого гидроалюмината в автоклавных условиях обеспечивают в совокупности интенсификацию синтеза железистого гидрограната 3CaO•Fe₂O₃•2SiO₂•2H₂O, исключают потребность в свежей обожженной извести при переводе среднемодульного раствора с молярным отношением Na₂O_ku/Аl₂О₃, равным 7,5... 9,5, в высокомодульный раствор с молярным отношением Na₂O_ku /Аl₂О₃, равным 25...35, и увеличивает загрузку автоклавных установок по массе перерабатываемого красного шлама. Это позволяет уменьшить расход обожженной извести, поднять уровень регенерации окиси алюминия из шлама и увеличить производительность автоклавных установок по твердой фазе.

Подача известьсодержащей добавки, включающей феррит натрия и гидроокись кальция, в автоклавы в форме измельченной суспензии твердых продуктов в высокомодульном растворе и проведение в специальном режиме автоклавного выщелачивания смешанной суспензии красного шлама в высокомодульном растворе позволяют осуществить интенсификацию процесса регенерации окиси алюминия и натрия из твердой фазы. Растворенный шламовый диоксид кремния, находящийся в форме иона [SiO₄] ^4-, вступает в активное взаимодействие с ионом (ОН)^- из структуры трехкальциевого гидроферрита 3СаО•Fе₂O₃•6Н₂O, который синтезируется в начале процесса из компонентов известьсодержащей добавки. В результате образуется железистый гидрогранат 3CaO•Fe₂O₃•2SiO₂•2H₂O, в который связывается до 80% ресурсов кремниевого иона, при этом расход окиси кальция снижается от 1,8 кг по способу-прототипу до 1,4 кг СаО на 1 кг SiO₂ красного шлама по данному способу.

Синтезированный железистый гидрогранат не имеет в своем составе окиси алюминия, однако связывает основную массу диоксида кремния в нерастворимую фазу и тем самым сводит к минимуму материальную базу для попутного синтеза алюминиевого гидрограната - основного источника дополнительных потерь Аl₂О₃ в прототипе. Уровень экстракции окиси алюминия из красного шлама в раствор по данному способу достигает 65%. При этом также исключается подача ТКГА в сферу выщелачивания боксита, как это принято в прототипе.

Применение регенерации окиси кальция из трехкальциевого гидроалюмината, с одновременным переводом связанной окиси алюминия в раствор, в замкнутом циркуляционном контуре с использованием автоклавного процесса, позволяет исключить расход обожженной извести на этом переделе, который в прототипе достигает 1,65 кг СаО на 1 кг регенерированной окиси алюминия.

Интенсификация процесса синтеза железистого гидрограната при использовании выше указанной добавки в сферу выщелачивания красного шлама позволяет снизить дозировку высокомодульного раствора, но сохранить при этом высокий и постоянный уровень экстракции Na₂O (до 96%) и Аl₂О₃ (до 65%) из состава красного шлама в раствор. Это обстоятельство дает возможность уменьшить величину весового отношения Ж/Т в начальной смешанной суспензии до 5,0 единиц (в среднем) и снизить уровень молярного отношения Na₂O_ku/Al₂O₃ в среднемодульном растворе до 8,5 единицы (в среднем), что позволяет в совокупности, по сравнению с прототипом, увеличить производительность стандартных автоклавных установок по сухому красному шламу в 1,8...2 раза. При этом расход тепловой и электрической энергии на узле выщелачивания красного шлама снизится на 15% по сравнению с прототипом.

При синтезе гидрогранатного продукта в автоклавной установке, после ввода изве-стьсодержащей добавки, в жидкой фазе смешанной пульпы возникает ситуация максимального взаимодействия кремниевых ионов с трехвалентными ионами железа и алюминия, когда реагирование ассоциатов [SiO₄]^4-<-->(Н₂O)_х<-->Аl(ОН)^4- осуществляется через раствор. В силу кинетических причин в данной ситуации, при выбранном способе соединения потоков известьсодержащей добавки и шламовой суспензии, обмен ионов [SiO₄]^4- -->4(ОН)^-, как основа построения твердых растворов гидрогранатной фазы, протекает намного быстрее в железистой фазе. Создаются оптимальные условия для образования преимущественно железистых гидрогранатов 3СаО•Fе₂O₃•2SiO₂•2Н₂O, в результате чего красный шлам трансформируется в гидрогранатный продукт, который на 89% по массе представлен гидрогрантными фазами: 63% железистая фаза и 26% - алюминиевый гидрогранат 3СаО•Аl₂O₃•SiO₂•4Н₂O.

В способе-прототипе обожженную известь смешивают с красным шламом и высокомодульным раствором в начальной стадии и выдерживают в мешалках до ввода пульпы в автоклавную установку. В результате значительная часть окиси кальция реагирует с алюминатным и кремниевым ионами прежде, чем будет активирована железосодержащая составляющая шлама, что приводит к образованию преимущественно фазы алюминиевого гидрограната. В составе конечного продукта меняется соотношение гидрогранатных фаз в обратную сторону и преобладающей становится алюминиевая фаза, потери окиси алюминия увеличиваются, а уровень регенерации Аl₂О₃ снижается до 40% и менее. Подготовка суспензии красного шлама в высокомодульном растворе является важной составляющей технологического режима автоклавного выщелачивания шлама. Основное назначение передела состоит в обеспечении максимальной концентрации кремниевого иона в жидкой фазе шламовой суспензии, соответствующей метастабильной растворимости диоксида кремния. Регулирование необходимых параметров шламовой суспензии осуществляют посредством изменения объемного потока высокомодульного раствора, при обязательной минимальной выдержке пульпы в мешалке.

Снижение дозировки высокомодульного раствора ниже уровня, соответствующего весовому отношению Ж/Т=3,0, приводит к снижению равновесной концентрации SiO₂ до 0,73...1,00 г/дм³ и уменьшает метастабильную растворимость диоксида кремния до 2,5...3,0 г/дм³, при этом концентрация Na₂O_ku в жидкой фазе суспензии переходит нижний граничный уровень, равный 180 г/дм³. В таком растворе условия для ускоренного синтеза железистых гидрогранатов в автоклавах становятся недостаточными, происходит замедление скорости ионного обмена 4(ОН)^-• [SiO₄]^4- в кристаллической решетке трехкальциевого гидроферрита, что по совокупности воздействия приводит к увеличению потерь окиси алюминия в отвальном гидрогранатном шламе.

Увеличение дозировки высокомодульного раствора выше уровня, соответствующего весовому отношению Ж/Т=7,0 в шламовой суспензии, обеспечивает необходимую концентрацию кремниевого иона в растворе, но приводит к увеличению расхода тепловой энергии на автоклавную установку выщелачивания красного шлама и повышает затраты на передел, без достижения технологического эффекта. Оптимальная величина дозировки высокомодульного раствора соответствует весовому отношению Ж/Т, равному 5,6 единицы.

Величина молярного отношения Na₂O_ku/Аl₂О₃ в автоклавном среднемодульном растворе оказывает опосредованное влияние через соотношение "жидкое/твердое" в общей пульпе на показатели теплообмена между теплоносителем и нагреваемой средой и, соответственно, непосредственно воздействует на величину затрат тепловой энергии при автоклавном выщелачивании красного шлама. Кроме того, этот параметр определяет производительность автоклавных установок по сухому красному шламу в обратной линейной зависимости - чем ниже величина молярного отношения N/А, тем выше производительность.

Эффективность глухого рекуперативного нагрева общей смеси суспензий, обрабатываемой в автоклавной установке выщелачивания красного шлама, зависит от величины молярного отношения Na₂O_ku/Al₂O₃ в получаемом среднемодульном растворе. Уменьшение дозировки общего потока высокомодульного раствора ниже уровня, соответствующего молярному отношению Na₂O_ku/Al₂O₃ менее 7,5, приводит к образованию пульпы с весовым отношением жидкое/твердое менее трех единиц. Величина Ж/Т менее 3,00 единиц является предельной границей при глухом нагреве пульп, имеющих низкую удельную теплоемкость твердой фазы (бокситы и шламы - менее 0,5 ккал/кг ^oС), ниже которой становится проблематичным эффективный теплообмен через поверхность между суспензиями с высоким содержанием твердого (выше 240 г/дм³). При дозировке раствора выше уровня, соответствующего молярному отношению Na₂O_ku/Аl₂О₃, равному 9,5 единиц, поток высокомодульного раствора становится в итоге избыточным и приводит к увеличению расхода тепловой энергии на 10-15% к целесообразному уровню. Влияние величины молярного отношения в среднемодульном растворе на соответствующие параметры показано в таблице:
Оптимальная величина молярного отношения Na₂O_ku/Аl₂O₃ в среднемодульном растворе соответствует 8,50.

Регенерация окиси кальция из трехкальциевого гидроалюмината в оборотную гидроокись кальция является одним из ответственных элементов технологического процесса переработки алюмосиликатного сырья по изобретению. Назначение этого передела связано с реализацией двух технических решений: первое - перевод окиси алюминия из твердой фазы ТКГА в раствор алюмината натрия с целью последующей передачи раствора в ветвь Байера для прямого использования; второе - перевод в твердофазном состоянии пассивной окиси кальция из ТКГА в активную форму гидроокиси Са(ОН)₂ с целью повторного использования извести в процессе конверсии модуля растворов в системе СМР --> BMP. Для проведения процесса регенерации используют известную реакцию химического взаимодействия в равновесной системе
Na₂O - СаО - Аl₂О₃ - Н₂О:
3СаО•Аl₂O₃•6Н₂O+2NaOH⇒3Ca(OH)₂+2NaAl(OH)₄
Полный перевод окиси кальция из одной фазы (ТКГА) в другую осуществляют в автоклавных условиях, при высоких температурах обработки начальной суспензии ТКГА в высокомодульном растворе. Применение концентрированного высокомодульного раствора и высоких температур обработки начальной суспензии обуславливают синтез равновесной фазы Ca(OH)₂ в широком диапазоне состава получаемой жидкой фазы, на что указывает размещение изотерм в равновесной системе Nа₂О-Аl₂О₃-СаО-Н₂О (Справочник металлурга по цветным металлам. Производство глинозема. М.: Металлургия, 1970, с. 99, рис.15)
При температуре обработки начальной суспензии менее 205^oС переход фазы ТКГА в фазу Са(ОН)₂ не достигает своего предельного уровня, что приводит к снижению активности циркулирующей гидроокиси кальция за счет присутствия остаточной фазы трехкальциевого гидроалюмината. Температура обработки начальной суспензии выше 240^oС становится избыточной с позиций достижения необходимого технологического эффекта и приводит к повышению потребления тепловой энергии на узле регенерации извести.

Применение высокомодульного раствора для регенерации извести автоклавным способом позволяет замкнуть оборот щелочи между ветвью Байера и гидрохимической ветвью без дополнительных затрат. Дозировка высокомодульного раствора на переделе регенерации извести адекватна количеству окиси натрия, регенерированной совокупно из красного шлама, рыжей соды, оборотной и кальцинированной соды, с учетом потерь щелочи в полном цикле.

Использование дозируемого раствора с концентрацией Na₂O_ku менее 240 г/дм³ и молярным отношением Na₂O_ku/Аl₂О₃ менее 25 единиц приводит к замедлению процесса перехода фазы ТКГА в фазу Ca(OH)₂ и уменьшает концентрационный интервал реализации этого процесса. Применение высокомодульного раствора с концентрацией Na₂O_ku выше 280 г/дм³ и молярным отношением выше 35 единиц обуславливает повышение расхода тепловой энергии на упаривание слабого раствора, без достижения дополнительного технологического эффекта. Оптимальная характеристика высокомодульного раствора, подаваемого на регенерацию извести, такова: Na₂O_ku=250 г/дм³; молярное отношение Na₂O_ku/Al₂O₃=30 единиц.

Получаемый гидрохимический раствор алюмината натрия направляют в ветвь Байера, в данном примере - на узел декомпозиции, или в другую точку, в зависимости от величины молярного отношения в растворе. Регенерированную гидроокись кальция возвращают в циркуляционный контур в полном объеме, и потребность в обожженной извести на реализацию конверсии модулей растворов СМР-->BMP сводится к нулю.

Способ гидрохимической переработки алюмосиликатного сырья осуществляется следующим образом:
В первой части полного технологического цикла используют классический способ Байера, где перерабатывают низкокачественный боксит, мас.%: Аl₂О₃= 52,15; SiO₂= 18,49; Fе₂O₃=7,20; TiO₂=2,84; СаO=0,43; п.п.п.=16,64; прочие= 2,25; влажность= 21%. Из 1,435 тонны сухого боксита получают 1,00 тонну красного шлама, 7,13м³ алюминатного раствора (Na₂O_ku=145,0 г/дм³; Аl₂О₃= 154,2 г/дм³) и 69,13 кг оборотной ("рыжей") соды (Na₂O_сумм = 11,35 кг; Аl₂O₃=0,7 кг).

Во второй части технологического цикла осуществляют переработку красного шлама по данному изобретению, при этом извлеченные из шлама окись натрия и окись алюминия возвращают в первую часть цикла в виде гидрохимического раствора алюмината натрия. Берут 1 тонну сухого красного шлама, содержащего 280,9 кг Аl₂О₃; 265,6 кг SiO₂; 103,5 кг Fe₂O₃; 40,8 кг TiO₂; 34,7 кг СаО; 165,6 кг Nа₂О_сумм; 80,4 кг п.п.п.; 28,5 кг прочих, а также 0,98 м³ жидкой фазы (Nа₂O_сумм.=17,1 кг и 15,7 кг Аl₂О₃) с ним, смешивают с высокомодульным алюминатным раствором (Na₂O_ku= 250 г/дм³ и α_ku = 30 в количестве 3,65 м³. Полученную суспензию, имеющую весовое отношение Ж/Т=5,6 и содержание растворенного диоксида кремния 5-8 г/дм³ SiO₂, выдерживают в мешалке в течение 30 минут, после чего подают в автоклавную установку гидрохимического выщелачивания.

Рыжую соду из ветви Байера смешивают с 41,0 кг кальцинированной соды, с 145,8 кг оборотной 10-% водной соды и 177,7 кг Fе₂О₃ -содержащего материала (железная окалина), добавляют 105,5 кг воды и высокомодульный раствор (0,06 м³). Полученную шихту с влажностью 40% подают во вращающуюся печь с целью термической каустификации карбонатов натрия при температуре 1000^oС, которую осуществляют посредством синтеза железистого клинкера, содержащего в основном феррит натрия Nа₂Fе₂O₄.

Клинкер в количестве 248,0 кг (Fе₂O₃=168,8кг; Nа₂O_сумм=67,4кг) смешивают с 460,0 кг товарной извести (СаО=429,5 кг) и подвергают мокрому размолу и репульпации в высокомодульном растворе (Na₂O_ku=250 г/дм³ и α_ku = 30 в количестве 1,24 м³. Полученную известково-клинкерную суспензию в количестве 1,45 м³, содержащую трехкальциевый гидроферрит 3СаО•Fе₂O₃•6Н₂O и гидроокись кальция Са(ОН)₂ в твердой фазе, а также высокомодульный раствор (Na₂O_ku=334 г/дм³ и Аl₂О₃=18,5 г/дм³) в жидкой фазе, направляют непосредственно в поток шламовой суспензии, которую подают на установку выщелачивания красного шлама.

Общий поток суспензии в количестве 6,46 м³ подвергают выщелачиванию при температуре 235^oС в течение 1 часа в автоклавной установке, составленной из рекуперативного пульпо-пульпового теплообменника и пустотелых автоклавов стандартного типа, с острым нагревом пульпы водяным паром с давлением до 4,0 мПа.

Гидрогранатный шлам в количестве 1325,4 кг (Аl₂О₃=101,8кг; SiO₂ =272,1 кг; Fе₂О₃= 275,5 кг; TiO₂=40,8 кг; СаО=464,2 кг; Nа₂O_сумм=8,3 кг; п.п.п.= 128,2 кг; прочие=34,5 кг) отделяют от жидкой фазы, промывают водой, фильтруют и выводят на сухое шламовое поле.

Среднемодульный алюминатный раствор в количестве 7,45 м³ с содержанием Na₂O_ku= 192 г/дм³ и молярным отношением Nа₂О_ku/Аl₂О₃, равным 8,9, подвергают конверсии, для чего в раствор вводят 403,5 кг гидроокиси кальция (СаО=305,3 кг). При длительной выдержке пульпы в мешалке, при температуре 60-80^oС и непрерывном перемешивании, устанавливается равновесное состояние, при котором вся регенерированная из красного шлама окись алюминия переходит в твердую фазу - трехкальциевый гидроалюминат (ТКГА).

Суспензию ТКГА в количестве 7,64 м³ подвергают вакуумной фильтрации и отделяют влажный осадок. Жидкую фазу, представляющую собой слабый высокомодульный раствор (BMP) с молярным отношением Na₂O_ku/Al₂O₃, равным 30, подвергают концентрирующей выпарке до содержания Na₂O_ku=250,0 г/дм³.

Часть потока концентрированного BMP в количестве 1,84 м³ подвергают специальной обработке, включающей охлаждение раствора до 25...30^oС, кристаллизацию в мешалке и центрифугирование. В результате обработки из циркуляционного потока высокомодульного раствора последовательно выводят первоначально гидрат сульфата натрия Na₂SO₄•10H₂O в количестве 40,5 кг, а затем гидрат карбоната натрия Nа₂СО₃•10Н₂О в количестве 145,8 кг.

Очищенный крепкий раствор BMP в количестве 5,65 м³ возвращают в начало гидрохимической ветви, по назначению.

Условно сухой кек ТКГА весом 687,0 кг (СаО = 305,3 кг; Аl₂О₃ = 185,4 кг) репульпируют крепким высокомодульным раствором в количестве 0,78 м³. Объем раствора адекватен величине окиси натрия, регенерированной из красного шлама и содовых потоков на узле термической каустификации. Полученную пульпу подвергают автоклавной обработке при температуре 235^oС в течение 30 минут в специальной установке, составленной из пульпо-пульпового рекуперативного теплообменника и автоклавов с мешалкой и греющими элементами. После установления равновесного состояния, при котором вся связанная в ТКГА окись алюминия переходит в раствор, автоклавную известковую суспензию охлаждают до температуры 105^oС и подвергают немедленной фильтрации на камерном фильтрпрессе.

Кек Са(ОН)₂ в количестве 403,5 кг передают на конверсию новой порции среднемодульного алюминатного раствора, а фильтрат в виде гидрохимического раствора алюмината натрия в количестве 0,92 м³ (Na₂O_cyмм.=196,8 кг; Аl₂О₃= 196,0 кг) передают в соответствующую точку ветви Байера, в данном примере - на контрольную фильтрацию общего алюминатного раствора.

Таким образом, данный способ гидрохимической переработки алюмосиликатного сырья позволяет осуществить эффективную переработку низкосортного бокситового сырья на глинозем высокого качества, при обеспечении снижения расхода обожженной извести, повышения уровня регенерации окиси алюминия из красного шлама и увеличения производительности автоклавных установок для выщелачивания шлама.

Claims (1)

1. Способ гидрохимической переработки алюмосиликатного сырья, включающий приготовление суспензий сырья в высокомодульном растворе, автоклавное выщелачивание красных шламов в присутствии известьсодержащей добавки, отделение гидрогранатного шлама от среднемодульного алюминатного раствора, введение оборотной гидроокиси кальция в среднемодульный алюминатный раствор для выделения из него осадка трехкальциевого гидроалюмината и получения высокомодульного раствора, упарку высокомодульного раствора и возврат его на приготовление суспензий красного шлама и известьсодержащей добавки, регенерацию гидроокиси кальция из трехкальциевого гидроалюмината и возврат ее на обработку среднемодульного алюминатного раствора, отличающийся тем, что в качестве известьсодержащей добавки при автоклавном выщелачивании красного шлама используют суспензию измельченной смеси окиси и/или гидроокиси кальция и феррита натрия в высокомодульном растворе, автоклавное выщелачивание суспензии красного шлама в высокомодульном растворе с весовым отношением жидкое/твердое, равным 3-7, проводят совместно с известьсодержащей добавкой из расчета получения среднемодульного алюминатного раствора с молярным отношением Na₂O_ku/Al₂O₃, равным 7,5-9,5, а регенерацию гидроокиси кальция из осадка трехкальциевого гидроалюмината осуществляют в автоклавных условиях при температуре 205-240^oС путем обработки высокомодульным алюминатным раствором с концентрацией Na₂O_ku, равной 240-280 г/дм³, и молярным отношением Nа₂О_ku/Аl₂О₃, равным 25-35.

Images