RU2521577C2 - Production of aluminium-bearing cake - Google Patents
Production of aluminium-bearing cake Download PDFInfo
- Publication number
- RU2521577C2 RU2521577C2 RU2012145107/05A RU2012145107A RU2521577C2 RU 2521577 C2 RU2521577 C2 RU 2521577C2 RU 2012145107/05 A RU2012145107/05 A RU 2012145107/05A RU 2012145107 A RU2012145107 A RU 2012145107A RU 2521577 C2 RU2521577 C2 RU 2521577C2
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- cake
- temperature
- grain
- impurities
- dicalcium silicate
- Prior art date
Links
Landscapes
- Manufacture And Refinement Of Metals (AREA)
Abstract
Description
Изобретение относится к области цветной металлургии и касается технологии производства глинозема.The invention relates to the field of non-ferrous metallurgy and relates to a technology for the production of alumina.
Известен способ получения глинозема, включающий приготовление шихты из нефелиновой руды с интенсифицирующими добавками фторидов CaF2, NaF, 3NaF·AlF3, Na2SiF6 в количестве от 0,1 до 0,3% и угля 1,5-2% угля от массы сухой шихты, ее спекание при 1220-1280°С и переработку спека (Производство глинозема / Лайнер А.И., Еремин Н.И., Лайнер Ю.А., Певзнер И.З. - М.: Металлургия, 1978. - С.231-232). Недостатками этого способа являются необходимость ведения процесса спекания в присутствии минерализаторов, фторидов щелочных или щелочноземельных металлов, низкое извлечение глинозема из спека.A known method of producing alumina, including the preparation of a mixture of nepheline ore with intensifying additives of fluorides CaF 2 , NaF, 3NaF · AlF 3 , Na 2 SiF 6 in an amount of from 0.1 to 0.3% and coal 1.5-2% coal from mass of dry charge, its sintering at 1220-1280 ° С and processing of cake (Alumina production / Liner A.I., Eremin N.I., Liner Yu.A., Pevzner I.Z. - M .: Metallurgy, 1978. - S.231-232). The disadvantages of this method are the necessity of conducting the sintering process in the presence of mineralizers, fluorides of alkali or alkaline earth metals, low extraction of alumina from the cake.
Известен способ переработки щелочного алюмосиликатного сырья, включающий приготовление шихты из нефелиновой руды, известняка и оборотных продуктов, ее спекание при температуре 1250-1300°С и переработку спека (Производство глинозема / Лайнер А.И., Еремин Н.И., Лайнер Ю.А., Певзнер И.З. - М.: Металлургия, 1978. - с.185-189). Недостатком этого способа является низкое извлечение глинозема из спека, вызванное несоблюдением режима формирования оптимальной фазовой структуры спека.A known method of processing alkaline aluminosilicate raw materials, including the preparation of a mixture of nepheline ore, limestone and circulating products, its sintering at a temperature of 1250-1300 ° C and the processing of cake (Production of alumina / Liner A.I., Eremin N.I., Liner Yu. A., Pevzner I.Z. - M.: Metallurgy, 1978. - p. 185-189). The disadvantage of this method is the low extraction of alumina from the cake, caused by non-compliance with the formation of the optimal phase structure of cake.
Наиболее близким по сущности к заявляемому изобретению является способ получения алюминийсодержащего спека (патент RU №2364572) путем смешения и спекания при температуре 1250-1300°С шихты, приготовленной из нефелиновой руды, известняка и оборотных продуктов, выдерживания полученного спека при температуре 1160°С в течение времени, необходимого для образования максимального количества α'L-модификации, и при температуре 680-620°С в течение времени, необходимого для образования максимального количества β-модификации двухкальциевого силиката. Недостатком этого способа является необходимость создания сложной системы 2-х стадийного охлаждения. Для реализации способа в промышленном масштабе потребуются большие капитальные затраты на создание условий, обеспечивающих нахождение спека при высоких температурах продолжительное время. С экономической точки зрения эти затраты будут неэффективными. Следующим недостатком является продолжительная выдержка спека при температуре 680-620°С для образования максимального количества β-модификации.The closest in essence to the claimed invention is a method for producing aluminum-containing cake (patent RU No. 2364572) by mixing and sintering at a temperature of 1250-1300 ° C of a mixture prepared from nepheline ore, limestone and circulating products, maintaining the obtained cake at a temperature of 1160 ° C the course of time necessary for the formation of the maximum amount of α ' L- modification, and at a temperature of 680-620 ° C for the time required for the formation of the maximum amount of β-modification of dicalcium silicate. The disadvantage of this method is the need to create a complex system of 2-stage cooling. For the implementation of the method on an industrial scale, large capital costs will be required to create conditions that ensure the presence of cake at high temperatures for a long time. From an economic point of view, these costs will be inefficient. Another disadvantage is the prolonged exposure of the cake at a temperature of 680-620 ° C to form the maximum amount of β-modification.
Цель предлагаемого изобретения - повышение степени извлечения глинозема из спека за счет более полного перехода полиморфной модификации двухкальциевого силиката α'- в β-модификацию, упрощение способа получения спека.The purpose of the invention is to increase the degree of extraction of alumina from the cake due to a more complete transition of the polymorphic modification of dicalcium silicate α'- into the β-modification, simplifying the method of obtaining cake.
Поставленная цель достигается тем, что в способе получения алюминийсодержащего спека, включающем приготовление шихты из нефелиновой руды, известняка и оборотных продуктов, ее спекание при температуре 1250-1300°С, спек охлаждается до температуры 1000°С со скоростью, достаточной для прохождения процесса сегрегации примесей в зерне двухкальциевого силиката, способствующего образованию максимального количества β-модификации двухкальциевого силиката.This goal is achieved by the fact that in the method of producing aluminum-containing cake, including the preparation of a mixture of nepheline ore, limestone and circulating products, its sintering at a temperature of 1250-1300 ° C, the cake is cooled to a temperature of 1000 ° C at a speed sufficient to pass the process of segregation of impurities in the grain of dicalcium silicate, contributing to the formation of the maximum amount of β-modification of dicalcium silicate.
Известно, что алюминийсодержащий спек, полученный способом спекания из нефелиновой руды, известняка и оборотных продуктов состоит на 75% из двухкальциевого силиката. В настоящее время различают пять полиморфных модификаций двухкальциевого силиката: α, α' (α'H, α'L), β, γ. Присутствующий в спеке двухкальциевый силикат представлен α'- и β-полиморфными модификациями.It is known that aluminum-containing sinter obtained by sintering from nepheline ore, limestone and recycled products consists of 75% of dicalcium silicate. Currently, there are five polymorphic modifications of dicalcium silicate: α, α '(α' H , α ' L ), β, γ. The dicalcium silicate present in the cake is represented by α'- and β-polymorphic modifications.
Технико-экономическая эффективность способов получения глинозема, основанных на связывании кремнезема в двухкальциевый силикат, в значительной мере определяется степенью взаимодействия последнего с алюминатно-щелочными растворами и продуктами этого взаимодействия. В результате этого взаимодействия увеличивается содержание кремнезема в алюминатном растворе, а также происходят потери глинозема и щелочи в виде образующихся в процессе выщелачивания натриевых гидроалюмосиликатов Na2O·Al2O3·1,7·1,9SiO2·H2O и гидрогранатов (содержащего переменное количество SiO2 и Н2О) 3СаО·Al2O3·SiO2(6-2n)·Н2О, обладающих небольшой растворимостью и переходящих в отвальный шлам, что приводит к снижению извлечения глинозема и щелочи из сырья. Ввиду меньшей растворимости в щелочно-алюминатных растворах β-модификации двухкальциевого силиката по сравнению с α'-модификацией для технологии производства глинозема наибольшее значение имеет получение спека с максимальным содержанием β-модификации двухкальциевого силиката.The technical and economic efficiency of methods for producing alumina, based on the binding of silica to dicalcium silicate, is largely determined by the degree of interaction of the latter with aluminate-alkaline solutions and the products of this interaction. As a result of this interaction, the silica content in the aluminate solution increases, and alumina and alkali are lost in the form of Na 2 O · Al 2 O 3 · 1.7 · 1.9SiO 2 · H 2 O and hydrogranates formed during the leaching of sodium hydroxide containing a variable amount of SiO 2 and Н 2 О) 3СаО · Al 2 O 3 · SiO 2 (6-2n) · Н 2 О, which have little solubility and pass into dump slurry, which leads to a decrease in the extraction of alumina and alkali from raw materials. Due to the lower solubility in the alkaline-aluminate solutions of the β-modification of dicalcium silicate compared with the α'-modification for alumina production technology, the preparation of cake with the maximum content of β-modification of dicalcium silicate is of the greatest importance.
Сохранение при комнатной температуре α'-формы Ca2SiO4 достигается за счет кристаллохимической стабилизации. Кристаллохимическая стабилизация основана на образовании твердых растворов Ca2SiO4 с некоторыми добавками, одной из которых является щелочные алюминаты. Данный факт описан в книге В.Я.Абрамов, Г.Д.Стельмакова, И.В.Николаев, Физико-химические основы комплексной переработки алюминиевого сырья (щелочные способы), Москва, Металлургия, 1985, стр.139, а также в книге Лайнер А.И., Производство глинозема, Москва, Металлургиздат, 1961, стр.397. Посторонние атомы блокируют перестройку решетки и тем самым препятствуют превращению высокотемпературной модификации в низкотемпературную еще на стадии зародышеобразования.Preservation at room temperature of the α'-form of Ca 2 SiO 4 is achieved due to crystal chemical stabilization. Crystallochemical stabilization is based on the formation of Ca 2 SiO 4 solid solutions with some additives, one of which is alkaline aluminates. This fact is described in the book by V.Ya. Abramov, G.D. Stelmakova, I.V. Nikolayev, Physicochemical fundamentals of complex processing of aluminum raw materials (alkaline methods), Moscow, Metallurgy, 1985, p. 139, as well as in the book Liner A.I., Alumina Production, Moscow, Metallurgizdat, 1961, p. 397. Foreign atoms block the rearrangement of the lattice and thereby prevent the transformation of the high-temperature modification into the low-temperature one even at the nucleation stage.
В нашем случае, при спекании поликомпонентной смеси на процесс зародышеобразования а, следовательно, и на процесс формирования полиморфных модификаций C2S наибольшее воздействие оказывает наличие примесей щелочных металлов (Na, К) в материале. Причем для стабилизации α'-C2S требуется больше примесей, чем для стабилизации β-C2S.In our case, during sintering of a multicomponent mixture, the process of nucleation and, consequently, the formation of polymorphic C 2 S modifications is most affected by the presence of alkali metal impurities (Na, K) in the material. Moreover, to stabilize α'-C 2 S requires more impurities than to stabilize β-C 2 S.
Известен широко распространенный способ очистки металлов от растворенных примесей, основанный на эффекте сегрегации примесей при кристаллизации. Согласно принятой теории (Д.Мак Лиин, Границы зерен в металлах, Москва, 1960 г.), сегрегация происходит в том случае, если действие внешних факторов (механических, температурных и т.д.) приводит к вариации химического потенциала в объеме материала. Вследствие этого происходит диффузионное перераспределение элементов, скопление их в границах зерен, приводящее к выравниванию химического потенциала. Таким образом, варьируя температурный режим обработки материала можно вытеснить часть примесей, на границу зерна, очистив тем самым центральную область зерна. Такое перераспределение примесей в объеме зерна существенно облегчает процесс зародышеобразования. В очищенной центральной области зерна при полиморфном переходе будет происходить перестройка структуры с формированием β-C2S.A well-known widespread method of purification of metals from dissolved impurities, based on the effect of segregation of impurities during crystallization. According to the accepted theory (D.Mack Liin, Grain boundaries in metals, Moscow, 1960), segregation occurs if the action of external factors (mechanical, temperature, etc.) leads to variations in the chemical potential in the bulk of the material. As a result of this, there is a diffusion redistribution of elements, their accumulation in grain boundaries, leading to equalization of the chemical potential. Thus, by varying the temperature regime of processing the material, it is possible to displace part of the impurities to the grain boundary, thereby cleaning the central region of the grain. Such a redistribution of impurities in the grain volume significantly facilitates the nucleation process. In the purified central region of the grain during a polymorphic transition, a restructuring of the structure will occur with the formation of β-C 2 S.
Из теории сегрегации известно, что скорость диффузии атомов примесей, а соответственно и скорость изменения температуры (режим охлаждения) будет оказывать решающее значение на распределение атомов примесей по объему зерна, а значит и на формирование фаз в спеке. Наибольший эффект по распределению примесей будет наблюдаться при высоких температурах с условием обязательного снижения температуры материала (Вопросы атомной науки и техники №3, 2003, Кинетика зернограничной сегрегации примеси в поликристаллах, В.В. Слезов, Л.Н. Давыдов, О. Осмаев, Р.В. Шаповалов, стр.25-34). При постоянной температуре процесс сегрегации будет продолжаться до равновесного состояния и дальнейшее выдерживание не приведет к развитию процесса. Следовательно, очистка зерна α′-C2S от стабилизирующих примесей будет не завершена, и степень превращения α′→β будет не полной.From the theory of segregation, it is known that the diffusion rate of impurity atoms, and, accordingly, the rate of temperature change (cooling mode) will have a decisive influence on the distribution of impurity atoms over the grain volume, and hence on the formation of phases in the cake. The greatest effect on the distribution of impurities will be observed at high temperatures under the condition of a mandatory decrease in the temperature of the material (Questions of atomic science and technology No. 3, 2003, Kinetics of grain-boundary segregation of impurities in polycrystals, VV Slezov, LN Davydov, O. Osmaev, R.V. Shapovalov, pp. 25-34). At a constant temperature, the segregation process will continue to an equilibrium state and further aging will not lead to the development of the process. Therefore, the purification of α′-C 2 S grain from stabilizing impurities will not be completed, and the degree of conversion α ′ → β will not be complete.
Лабораторными исследованиями, проведенными на спеке, установлено, что при медленном охлаждении образца от средней температуры спекания - 1270°С до 1000°С со скоростью не более 14°С/мин в течении ~19 минут достигается практически полный переход α′→β-C2S.Laboratory studies carried out on the sinter showed that when the sample is slowly cooled from an average sintering temperature of 1270 ° C to 1000 ° C with a speed of not more than 14 ° C / min for ~ 19 minutes, an almost complete transition α ′ → β-C is achieved 2 S.
Охлаждение спеков от температуры спекания производилось в печи по трем режимам, со скоростью 8°С/мин, 14°С/мин и 24°С/мин. В процессе охлаждения производилась выемка спека из печи в интервале температур 1160-600°С с шагом 40°С, с последующем быстрым охлаждением. В таблицах 1, 2, 3 приведены данные по содержанию фаз в спеке, величине извлечения Al2O3 из спека при различных режимах охлаждения.Sinter cooling from sintering temperature was carried out in the furnace in three modes, at a rate of 8 ° C / min, 14 ° C / min and 24 ° C / min. In the process of cooling, the cake was extracted from the furnace in the temperature range of 1160-600 ° C in increments of 40 ° C, followed by rapid cooling. Tables 1, 2, 3 show data on the content of phases in the cake, the amount of extraction of Al 2 O 3 from cake at various cooling conditions.
Из полученных данных следует, что достаточно охладить спек только до 1000°C со скоростью не более 14°C/мин, чтобы примеси, блокирующие перестройку α′→β-C2S, перешли на границу зерна. Благодаря отсутствию препятствий для перестройки фаз в очищенной области зерна, формируется максимальное количество β-C2S. Следовательно, предельный уровень концентрации примесей в зерне, обеспечивающий максимальное формирование β-C2S, достигается при охлаждении спека до 1000°C со скоростью не более 14°C/мин.From the data obtained it follows that it is sufficient to cool the spec only to 1000 ° C at a rate of no more than 14 ° C / min so that the impurities blocking the α ′ → β-C 2 S rearrangement pass to the grain boundary. Due to the absence of obstacles for phase adjustment in the purified grain region, the maximum amount of β-C 2 S is formed. Therefore, the maximum level of impurity concentration in the grain, which ensures the maximum formation of β-C 2 S, is achieved when the cake is cooled to 1000 ° C at a speed of no more 14 ° C / min.
Таким образом, организация специальных условий охлаждений для увеличения содержания β-C2S в спеке ниже температуры 1000°C не требуется. С технической точки зрения данный способ может быть реализован в печах спекания, например за счет удлинения топливной горелки в печи, тем самым увеличивая длину зоны охлаждения и способствуя медленному охлаждению спека до 1000°C со скоростью не более 14°C/мин.Thus, the organization of special cooling conditions to increase the content of β-C 2 S in the cake below a temperature of 1000 ° C is not required. From a technical point of view, this method can be implemented in sintering furnaces, for example, by extending the fuel burner in the furnace, thereby increasing the length of the cooling zone and contributing to the slow cooling of the cake to 1000 ° C at a speed of not more than 14 ° C / min.
При реализации необходимых условий охлаждения спека согласно прототипу (патент RU №2364572) в спеке остается α′-C2S в количестве 7%, таблица 4. При увеличении выдержки спека в предлагаемых температурных интервалах от 60 мин до 120 мин не происходит заметного снижения количества α′-C2S в спеке. Полученные результаты свидетельствуют о торможении процесса очистки зерна α′-C2S от стабилизирующих примесей. Выдерживая при температуре 1160°C, процесс сегрегации продолжится до равновесного состояния. Дальнейшее увеличение времени выдержки не приведет к развитию процесса. Охлаждение в интервале 680-620°C не способствует развитию процесса сегрегации ввиду низкой скорости диффузии атомов примесей, тем самым уровень их концентрации не достигнет минимального значения для формирования максимального количества β-C2S.When implementing the necessary conditions for cooling the cake according to the prototype (patent RU No. 2364572), α′-C 2 S remains in the cake in the amount of 7%, table 4. With an increase in the cake holding time in the proposed temperature ranges from 60 minutes to 120 minutes, there is no noticeable decrease in the amount α′-C 2 S in spec. The results obtained indicate the inhibition of the process of grain cleaning α′-C 2 S from stabilizing impurities. Withstanding at a temperature of 1160 ° C, the segregation process continues until the equilibrium state. A further increase in exposure time will not lead to the development of the process. Cooling in the range of 680-620 ° C does not contribute to the development of the segregation process due to the low diffusion rate of impurity atoms, thereby their concentration level will not reach the minimum value for the formation of the maximum amount of β-C 2 S.
Как видно из данных табл.2 и табл.4, реализация предлагаемых условий охлаждения спека позволит увеличить извлечение Al2O3 из спека от 86,6% до 89,3%, упростить режим охлаждения.As can be seen from the data in Table 2 and Table 4, the implementation of the proposed conditions for the cooling of the cake will increase the extraction of Al 2 O 3 from the cake from 86.6% to 89.3% and simplify the cooling mode.
Особенность изобретения состоит в том, что спек охлаждается до температуры 1000°C со скоростью, достаточной для прохождения процесса сегрегации примесей в зерне двухкальциевого силиката, способствующего образованию максимального количества β-модификации двухкальциевого силиката. При этом в сравнении с прототипом извлечение оксида алюминия из спека выше на 2-3% при его последующем выщелачивании.A feature of the invention is that the cake is cooled to a temperature of 1000 ° C at a rate sufficient to undergo a process of segregation of impurities in the grain of dicalcium silicate, contributing to the formation of the maximum amount of β-modification of dicalcium silicate. Moreover, in comparison with the prototype, the extraction of aluminum oxide from the cake is 2-3% higher during its subsequent leaching.
Claims (1)
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2012145107/05A RU2521577C2 (en) | 2012-10-23 | 2012-10-23 | Production of aluminium-bearing cake |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2012145107/05A RU2521577C2 (en) | 2012-10-23 | 2012-10-23 | Production of aluminium-bearing cake |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
RU2012145107A RU2012145107A (en) | 2014-04-27 |
RU2521577C2 true RU2521577C2 (en) | 2014-06-27 |
Family
ID=50515330
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
RU2012145107/05A RU2521577C2 (en) | 2012-10-23 | 2012-10-23 | Production of aluminium-bearing cake |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
RU (1) | RU2521577C2 (en) |
Citations (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
CA1087375A (en) * | 1975-07-23 | 1980-10-14 | Geza Szentgyorgyi | Process for producing of high-purity alumina and hydraulic cement |
RU2364572C1 (en) * | 2008-02-06 | 2009-08-20 | Александр Валерьевич Александров | Method of aluminium-containing sinter production |
-
2012
- 2012-10-23 RU RU2012145107/05A patent/RU2521577C2/en active
Patent Citations (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
CA1087375A (en) * | 1975-07-23 | 1980-10-14 | Geza Szentgyorgyi | Process for producing of high-purity alumina and hydraulic cement |
RU2364572C1 (en) * | 2008-02-06 | 2009-08-20 | Александр Валерьевич Александров | Method of aluminium-containing sinter production |
Non-Patent Citations (1)
Title |
---|
СЛЕЗОВ В.В. и др., Кинетика зернограничной сегрегации примеси в поликристаллах, Вопросы Атомной Науки и Техники, 2003, N3, с. 25-34. ЛАЙНЕР А.И., Производство глинозёма, Москва, Металлургиздат, 1961, с. 363-375, 397 * |
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
RU2012145107A (en) | 2014-04-27 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
CA2631190C (en) | Recovery of rare earth elements | |
ES2321447T3 (en) | PROCEDURE FOR THE MANUFACTURE OF BELITIZER AGLOMERANT. | |
Kotsupalo et al. | Mechanical activation of α-spodumene for further processing into lithium compounds | |
US20170057831A1 (en) | Flux composition useful in directional solidification for purifying silicon | |
EA009888B1 (en) | Method of production of pure silicon | |
RU2521577C2 (en) | Production of aluminium-bearing cake | |
CN109019609A (en) | The method of purification of natural powdery quartz, high-purity konilite and quartz ware | |
US9322080B2 (en) | Method for producing alumina | |
RU2707335C1 (en) | Method for processing high-potassium nepheline feldspar raw material | |
CN101891225B (en) | Method for producing low-sodium high temperature alumina by using industrial wet aluminum hydroxide | |
RU2314259C1 (en) | Method of processing tungsten-containing material | |
RU128874U1 (en) | TECHNOLOGICAL COMPLEX FOR PRODUCING SINGLE CRYSTAL SILICON | |
Fukuda et al. | Kinetics of the α‐to‐α′ H Polymorphic Phase Transition of Ca2SiO4 Solid Solutions | |
Borshchev et al. | Production of silicon from magnesium silicide | |
RU2364572C1 (en) | Method of aluminium-containing sinter production | |
Abdulvaliyev et al. | Influence of silica on the crystallization of sodium hydroaluminate | |
Luo et al. | Effect of CuO–TiO2–SiO2 additions on the sintering behavior and mechanical properties of corundum abrasive synthesized through sol–gel method | |
US1966371A (en) | Process for the preparation of pure beryllium compounds | |
SU1161467A1 (en) | Method of obtaining alumina from high-silica aluminium-containing raw material | |
Jiang et al. | Highly crystallized glass-ceramics from high content gold tailings via a one-step direct cooling method | |
RU2537626C2 (en) | Method of obtaining potassium alum | |
RU2808415C1 (en) | Method for producing sodium-calcium silicate | |
RU2545304C2 (en) | Method of obtaining barium fluoride powder, activated with cerium fluoride for scintillation ceramics | |
RU2268859C1 (en) | Method of production of polycrystalline tungstate of bivalent metal | |
RU2312940C1 (en) | Method for preparing mullite from kaolin |