RU2701939C1

RU2701939C1 - Способ получения железооксидных пигментов

Info

Publication number: RU2701939C1
Application number: RU2019111104A
Authority: RU
Inventors: Евгений Вячеславович Горбачев; Виктор Владимирович Медведев; Дмитрий Михайлович Шапот; Вадим Александрович Козлов; Сергей Норматович Ахмедов; Александр Юрьевич Афанасьев
Original assignee: Общество с ограниченной ответственностью "Гидрогранатовые пигменты"
Priority date: 2019-04-12
Filing date: 2019-04-12
Publication date: 2019-10-02

Abstract

Изобретение относится к производству неорганических пигментов. Способ получения железооксидных пигментов включает термообработку исходного сырья. Сырье готовят смешением высокожелезистого красного шлама глиноземного производства, карбонатной соды Na₂CO₃, окиси кальция СаО и каустической соды NaOH. Термообработку исходного сырья проводят во вращающейся трубчатой печи с получением клинкера, который измельчают и разделяют на три части. Одну часть клинкера смешивают с СаО, смесь размалывают в потоке среднемодульного щелоче-алюминатного раствора с концентрацией Na₂O_ку, равной 300-310 г/дм³, и каустическим модулем α_ку, равным 14-15 единиц. Полученную сырую суспензию направляют на выщелачивание и получают суспензию красного пигмента в маточном растворе. Полученный после фильтрации суспензии кек промывают водой, сушат, пропускают через сито и получают товарный красный пигмент. Вторую часть клинкера смешивают с СаО, смесь размалывают в потоке высокомодульного щелоче-алюминатного раствора с концентрацией Na₂O_ку, равной 330-360 г/дм³, и каустическим модулем α_ку, равным 34-35 единиц. Сырую суспензию направляют на выщелачивание и получают суспензию красно-коричневого пигмента в маточном растворе. Полученный после фильтрации суспензии кек промывают водой, сушат, пропускают через сито и получают товарный красно-коричневый пигмент. Третью часть клинкера смешивают с СаО и NaOH, полученную смесь размалывают в потоке раствора NaOH. Сырую суспензию направляют на выщелачивание, которое проводят в трубчатом аппарате типа «труба в трубе», в результате чего получают суспензию коричневого пигмента в маточном растворе. Полученный после фильтрации суспензии кек промывают водой и сушат, пропускают через сито и получают товарный коричневый пигмент. Изобретение позволяет расширить арсенал способов получения железооксидных пигментов с получением в едином технологическом потоке пигментов разных цветовых характеристик. 1 з.п. ф-лы.

Description

Изобретение относится к производству неорганических пигментов, а именно к способам переработки отвальных высокожелезистых красных шламов глиноземного производства с получением в едином технологическом потоке расширенной цветовой гаммы пигментов.

Известен способ получения красного железоокисного пигмента взаимодействием железосодержащего и карбонатного соединений с последующим прокаливанием, при этом в качестве исходных соединений используют красный шлам - отход глиноземного производства и фосфомел при массовом соотношении 5-70:30-95 (SU, авт. свидетельство №1060656, С09С 1/24, Опубл. 15.12.1983 г., Бюл. №46).

Недостатками данного способа является высокое содержание сульфидной серы в исходном продукте перед прокаливанием, низкое содержание триоксида железа в составе полученного пигмента и неоднородность его дисперсного состава, что обусловливает низкую укрывистость, а также грязно-коричневый оттенок цвета полученного пигмента.

Кроме того, данный способ ограничен получаемым в процессе переработки красного шлама - отхода глиноземного производства пигментом красного цвета.

Известен способ получения железоокисные пигментов из красного шлама - отхода глиноземного производства, включающий его прокаливание, при этом красный шлам перед прокаливанием подвергают разделению по классам крупности в гидроциклоне с отбором фракции частиц не крупнее 0,02 мм и прокаливанию эту фракцию подвергают при 290-850°С (RU, патент №2047631, С09С 1/24, Опубл. 10.11.1995 г.). Данный способ позволяет повысить содержание триоксида железа в составе полученного пигмента с 39,0 до 53,0 мас., исключить содержание сульфидной серы в исходном продукте перед прокаливанием (остаточная сера в количестве 0,4 мас. является сульфатной, присутствует в виде сульфата кальция), что обеспечивает получение после прокаливания при 290-850°С пигмента чистого красного цвета, однородного по дисперсному составу с укрывистостью 7 г/м².

Однако недостатком данного способа является то, что, во-первых, для устойчивой работы гидроциклонов необходимо разбавление красного шлама водой до 6 м³ воды на 1 т шлама, т.е. нарушается баланс по воде, во-вторых, требуются дополнительные затраты на содержание и эксплуатацию гидроциклонов, в частности, на освобождение гидроциклонов от корок, периодически забивающих сливной патрубок. Это обуславливает усложнение способа и снижает его эффективность.

Кроме того, следует отметить, что данный способ ограничен получаемым в процессе переработки красного шлама - отхода глиноземного производства пигментом красного цвета.

Известен способ получения черного железоокисного пигмента из красного шлама - отхода глиноземного производства, включающий его прокаливание, при этом красный шлам перед прокаливанием разделяют по классам крупности с отбором фракции до 0,02 мм и дополнительно от 0,02 до 0,045 мм, причем прокаливание этих фракций осуществляют в контролируемой атмосфере с недостатком кислорода при температуре 500-1000°С (RU, патент №2346018, С09С 1/24, Опубл. 10.02.2009 г., Бюл. №4).

Недостатками данного способа является разделение шлама по крупности, необходимость автономного прокаливания фракций и затраты на создание газовой среды с недостатком кислорода, обогащенной вредной примесью оксида углерода СО.

Кроме того, данный способ ограничен получаемым в процессе переработки красного шлама - отхода глиноземного производства черным железоокисным пигментом.

Известен способ получения коричневого железоокисного пигмента из красного шлама - отхода глиноземного производства, включающий его прокаливание, при этом красный шлам перед прокаливанием разделяют по классам крупности с отбором фракции до 0,01 мм, причем прокаливание этой фракции осуществляют в воздухе при температуре 220-280°С (RU, патент №2547487, С09С 1/24, Опубл. 20.02.2015 г., Бюл. №5).

Недостатками данного способа является необходимость дорогостоящего выделения тонкой фракции из общего потока красного шлама механическим способом и низкая температура обработки продукта, гарантирующая только удаление адсорбционной воды, но недостаточная для прокаливания.

Кроме того, данный способ ограничен получаемым в процессе переработки красного шлама - отхода глиноземного производства коричневым железоокисным пигментом.

Наиболее близким к заявленному является способ получения железоокисного пигмента с антикоррозионными свойствами из красного шлама - отхода глиноземного производства, включающий его прокаливание, при этом красный шлам перед прокаливанием разделяют по классам крупности с отбором фракции до 0,02 мм и дополнительно от 0,02 до 0,045 мм, фракции обрабатывают ортофосфорной кислотой при нагревании до рН=6, суспензию фильтруют, высушивают, прокаливают на воздухе, охлаждают и измельчают, причем при прокаливании при температуре 200-250°С получают пигмент коричневого цвета, а при прокаливании при температуре 600-650°С - пигмент красного цвета (RU, патент №2607584, С09С 1/24, C09D 5/08, Опубл. 10.09.2016 г., Бюл. №25).

Недостатками данного способа является ограниченность цветовых характеристик пигментов, получаемых данным способом в одном технологическом потоке.

В основу изобретения положена техническая проблема, заключающаяся в расширении арсенала способов получения железооксидных пигментов путем создания способа переработки отвальных высокожелезистых красных шламов глиноземного производства с получением в едином технологическом потоке расширенной цветовой гаммы пигментов.

При этом техническим результатом является реализация этого назначения.

Достижение вышеуказанного технического результата обеспечивается тем, что в способе получения железооксидных пигментов, включающем термообработку исходного сырья, исходное сырье готовят смешением высокожелезистого красного шлама глиноземного производства, карбонатной соды Na₂CO₃, окиси кальция СаО и каустической соды NaOH при их весовом соотношении, равном 1:(0,304-0,305):(0,145-0,150):(0,005-0,006) соответственно, термообработку исходного сырья проводят во вращающейся трубчатой печи при температуре 800-850°С, в результате чего получают клинкер, полученный клинкер измельчают и разделяют на три части, из которых одну часть клинкера смешивают с окисью кальция СаО при их весовом соотношении, равном 1:(0,10-0,12) соответственно, полученную смесь размалывают в потоке среднемодульного щелоче-алюминатного раствора с концентрацией Na₂O_ку, равной 300-310 г/дм³, и каустическим модулем α_ку, равным 14-15 единиц, полученную сырую суспензию направляют на выщелачивание, при этом выщелачивание ведут в течение 2,5-3 часов при температуре 180-200°С, в результате чего получают суспензию красного пигмента в маточном растворе, полученную суспензию фильтруют, полученный после фильтрации суспензии кек промывают водой, сушат, пропускают через сито с размером отверстий 0,063 мм и получают товарный красный пигмент, вторую часть клинкера смешивают с окисью кальция СаО при их весовом соотношении, равном 1:(0,136-0,143) соответственно, полученную смесь размалывают в потоке высокомодульного щелоче-алюминатного раствора с концентрацией Na₂O_ку, равной 330-360 г/дм³, и каустическим модулем α_ку, равным 34-35 единиц, полученную сырую суспензию направляют на выщелачивание, при этом выщелачивание ведут в течение 0,5-1,0 часов при температуре 230-240°С, в результате чего получают суспензию красно-коричневого пигмента в маточном растворе, полученную суспензию фильтруют, полученный после фильтрации суспензии кек промывают водой, сушат, пропускают через сито с размером отверстий 0,063 мм и получают товарный красно-коричневый пигмент, третью часть клинкера смешивают с окисью кальция СаО и каустической содой NaOH при их весовом соотношении, равном 1:(0,148-0,152):(4,10-4,11) соответственно, полученную смесь размалывают в потоке раствора каустической соды NaOH с концентрацией Na₂O_ку, равной 310-320 г/дм³, и с плотностью, равной 1189-1190 кг/м³, полученную сырую суспензию направляют на выщелачивание, при этом выщелачивание ведут в трубчатом аппарате типа «труба в трубе» при температуре 270-280°С в течение 10-15 минут, в результате чего получают суспензию коричневого пигмента в маточном растворе, полученную суспензию фильтруют, полученный после фильтрации суспензии кек промывают водой и сушат, полученный после сушки коричневый пигмент пропускают через сито с размером отверстий 0,063 мм и получают товарный коричневый пигмент.

Полученные после фильтрации маточные растворы могут быть направлены на регенерацию с получением оборотных выщелачивающих растворов и дополнительной товарной продукции.

Приготовление исходного сырья смешением высокожелезистого красного шлама глиноземного производства, карбонатной соды Na₂CO₃, окиси кальция СаО и каустической соды NaOH при их весовом соотношении, равном 1:(0,304-0,305):(0,145-0,150):(0,005-0,006) соответственно термообработка исходного сырья во вращающейся трубчатой печи при температуре 800-850°С, получение в результате термообработки клинкера, измельчение полученного клинкера и разделение его на три части, смешение одной части клинкера с окисью кальция СаО при их весовом соотношении, равном 1:(0,10-0,12) соответственно, размалывание полученной смеси в потоке среднемодульного щелоче-алюминатного раствора с концентрацией Na₂O_ку, равной 300-310 г/дм³, и каустическим модулем α_ку, равным 14-15 единиц, направление полученной сырой суспензии на выщелачивание в течение 2,5-3 часов при температуре 180-200°С, получение в результате этого суспензии красного пигмента в маточном растворе, фильтрация полученной суспензии, промывка водой полученного после фильтрации суспензии кека, его сушка, пропускание его через сито с размером отверстий 0,063 мм и получение товарного красного пигмента, смешение второй части клинкера с окисью кальция СаО при их весовом соотношении, равном 1:(0,136-0,143) соответственно, размалывание полученной смеси в потоке высокомодульного щелоче-алюминатного раствора с концентрацией Na₂O_ку, равной 330-360 г/дм³, и каустическим модулем α_ку, равным 34-35 единиц, направление полученной сырой суспензии на выщелачивание в течение 0,5-1,0 часов при температуре 230-240°С, получение в результате этого суспензии красно-коричневого пигмента в маточном растворе, фильтрация полученной суспензии, промывка водой полученного после фильтрации суспензии кека, его сушат, пропускание его через сито с размером отверстий 0,063 мм и получение товарного красно-коричневого пигмента, смешение третьей части клинкера с окисью кальция СаО и каустической содой NaOH при их весовом соотношении, равном 1:(0,148-0,152):(4,10-4,11) соответственно, размалывание полученной смеси в потоке раствора каустической соды NaOH с концентрацией Na₂O_ку, равной 310-320 г/дм³, и с плотностью, равной 1189-1190 кг/м³, направление полученной сырой суспензии на выщелачивание в трубчатом аппарате типа «труба в трубе» при температуре 270-280°С в течение 10-15 минут, получение в результате этого суспензии коричневого пигмента в маточном растворе, фильтрация полученной суспензии, промывка водой полученного после фильтрации суспензии кека и его сушка, пропускание его через сито с размером отверстий 0,063 мм и получение товарного коричневого пигмента обеспечивает возможность переработки высокожелезистых красных шламов глиноземного производства с получением в едином технологическом потоке расширенной цветовой гаммы пигментов.

При приготовлении исходного сырья смешением высокожелезистого красного шлама глиноземного производства, карбонатной соды Na₂CO₃, окиси кальция СаО и каустической соды NaOH их весовое соотношение, равное 1:(0,304-0,305):(0,145-0,150):(0,005-0,006) соответственно, определяется эквимолярной потребностью окиси натрия на синтез феррита натрия NaFeO₂ и на связывание диоксида кремния в алюмосиликат натрия Na₂O⋅Al₂O₃⋅2SiO₂ на стадии термической обработки сырья. Дозирование окиси кальция определяется эквимолярной потребностью СаО на перевод диоксида кремния из состава алюмосиликата натрия в состав железистого гидрограната 3CaO⋅Fe₂O₃⋅2SiO₂⋅2H₂O в процессе гидрохимического синтеза пигментов при обработке смеси клинкера и окиси кальция СаО при различных режимах выщелачивания в щелоче-алюминатных растворах.

Термообработку исходного сырья проводят во вращающейся трубчатой печи при температуре 800-850°С. При этом указанная температура термообработки выбрана исходя из условий интенсификации и завершения процесса синтеза минеральных фаз в составе клинкера, таких, как феррит натрия, алюмосиликат натрия и перовскит - при нижнем уровне температуры 800°С, и резкого ограничения процесса образования алюмината натрия NaAlO₂, который активируется только при высоких температурах - по верхнему уровню 850°С.

При использовании вращающейся трубчатой печи обеспечивается создание оптимального интенсивного перемешивания реагирующих твердых компонентов сырья при непрерывном перемещении реакционной массы вдоль оси теплового агрегата во времени и по мере повышения температуры.

При термообработке исходного сырья в печи последовательно и совмещено протекают процессы химического взаимодействия компонентов красного шлама Fe₂O₃, Al₂O₃, SiO₂, СаО и TiO₂ с окисью натрия из состава щелочного сырья, и между собой, в твердофазном состоянии и в непрерывно возрастающем тепловом потоке.

Таким образом, в результате термообработки исходного сырья получают клинкер, содержащий феррит натрия NaFeO₂, алюмосиликат натрия Na₂O⋅Al₂O₃⋅2SiO₂ и примеси титаната кальция CaO⋅TiO₂ и алюмината натрия NaAlO₂. Полученный клинкер измельчают в дробилке и затем делят на три части.

Измельчение полученного клинкера обеспечивает повышение эффективности контакта твердых частиц клинкера с выщелачивающей жидкостью при его дальнейшей гидрохимической обработке.

Разделение измельченного клинкера на три части обеспечивает возможность его последующей гидрохимической обработки по трем ветвям единого технологического потока с получением расширенной цветовой гаммы пигментов.

Одну часть клинкера смешивают с окисью кальция СаО при их весовом соотношении, равном 1:(0,10-0,12) соответственно. Указанное весовое соотношение клинкера и окиси кальция СаО определяется исходя из потребности окиси кальция на синтез фазы железистого гидрограната 3CaO⋅Fe₂O₃⋅2SiO₂⋅2H₂O модификации «андрадит», в количестве, определяющем заданную окраску и химический состав синтезируемого пигмента.

Размалывание полученной смеси в потоке среднемодульного щелоче-алюминатного раствора с концентрацией Na₂O_ку, равной 300-310 г/дм³, и каустическим модулем α_ку, равным 14-15 единиц, обеспечивает достижение высокой активности поверхности твердых частиц при контакте клинкера с алюмонатриевым ионом среднемодульного щелоче-алюминатного раствора в процессе растворения полученной смеси и образования андрадита 3CaO⋅Fe₂O₃⋅2SiO₂⋅2H₂O и лепидокрокита γ-FeO⋅OH в процессе синтеза красного пигмента.

При этом концентрация Na₂O_ку среднемодульного щелоче-алюминатного раствора выбрана исходя из того, что концентрация Na₂O_ку ниже 300 г/дм³ требует увеличения длительности выщелачивания выше трех часов, для завершения процесса синтеза фаз «андрадит» и «лепидокрокит», а концентрация Na₂O_ку щелочного раствора выше 310 г/дм³ приводит к увеличению расхода тепловой энергии при упаривании маточных растворов.

Каустический модуль выщелачивающих щелоче-алюминатных растворов является важным технологическим фактором в гидрогранатовой технологии производства пигментов. При величине каустического модуля, меньше 14 единиц, значительно возрастает количество фазы «пермутит» Na₂O⋅Al₂O₃⋅2SiO₂⋅2H₂O в составе пигмента. При каустическом модуле маточного раствора выше 15 единиц мера растворения алюмосиликата натрия клинкера достигает 100%.

Выщелачивание полученной сырой суспензию в течение 2,5-3 часов при температуре 180-200°С обеспечивает получение суспензии красного пигмента в маточном растворе.

При этом время выщелачивания длительностью менее 2,5 часов не обеспечивает полноту образования фазы лепидокрокит γ-FeO⋅OH. Время выдержки более 3 часов приводит к повышенным капитальным затратам при установке автоклавов.

Температура выщелачивания указанной смеси, равная 180°С, является начальным температурным уровнем, при котором начинается синтез основополагающей фазы «лепидокрокит», а температура 200°С является верхним пределом, при котором процесс образования фазы γ-FeO⋅OH, в принятом концентрационном режиме, заканчивается.

Обозначенный температурный интервал является оптимальным для перевода всей массы железистого иона, появляющейся в растворе при гидролизе феррита натрия, в состав новой твердой фазы в виде смеси андрадита и лепидокрокита, в которую связывается все количество Fe₂O₃ и SiO₂ из состава клинкера.

Последующая фильтрация полученной суспензии обеспечивает полное разделение потоков маточного раствора и твердой фазы пигмента.

Промывка водой полученного после фильтрации суспензии кека обеспечивает удаление водорастворимых ионов натрия и алюминия из влажного кека пигмента, направляемого на сушку.

Сушка промытого водой кека обеспечивает однородность гранулометрического состава монозернистого порошка в виде товарного пигмента.

Пропускание через сито с размером отверстий 0,063 мм обеспечивает отсев из товарной массы пигмента частиц с величиной более 63 микрон и удаление возможных единичных конгломератов пигмента, с целью их последующей утилизации.

Вторую часть клинкера смешивают с окисью кальция СаО при их весовом соотношении, равном 1:(0,136-0,143) соответственно. Указанное весовое соотношение клинкера и окиси кальция СаО определяется исходя из потребности извести на связывание в железистый гидрогранат всей массы диоксида кремния SiO₂, которая появляется в жидкой фазе автоклавной суспензии при растворении алюмосиликата натрия из состава клинкера.

Размалывание полученной смеси в потоке высокомодульного щелоче-алюминатного раствора с концентрацией Na₂O_ку, равной 330-360 г/дм³, и каустическим модулем α_ку, равным 34-35 единиц, обеспечивает достижение максимальной активности поверхности твердых частиц при контакте клинкера с натрий-алюминиевым ионом высокомодульного щелоче-алюминатного раствора в процессе растворения полученной смеси и образования андрадита 3CaO⋅Fe₂O₃⋅2SiO₂⋅2H₂O и гематита α-Fe₂O₃ в процессе синтеза красно-коричневого пигмента.

При этом концентрация Na₂O_ку высокомодульного щелоче-алюминатного раствора выбрана исходя из того, что концентрация Na₂O_ку ниже 330 г/дм³ уменьшает скорость и полноту растворения фазы алюмосиликата натрия клинкера, а концентрация Na₂O_ку щелоче-алюминатного раствора выше 360 г/дм³ приводит к увеличению расхода тепловой энергии при упаривании маточных растворов.

Каустический модуль выщелачивающего щелоче-алюминатного раствора в интервале 34-35 единиц позволяет достичь максимально высокий уровень образования чистой фазы гематита α-Fe₂O₃ в товарном пигменте и тем самым гарантировать устойчивую красно-коричневую окраску получаемого продукта.

Выщелачивание полученной сырой суспензии в течение 0,5-1,0 часов при температуре 230-240°С обеспечивает получение суспензии красно-коричневого пигмента в маточном растворе.

При этом время выщелачивания длительностью менее 0,5 часов не обеспечивает полноту растворения фазы алюмосиликата натрия из состава клинкера и перехода SiO₂ в маточный раствор. Время выдержки более одного часа приводит к увеличению капитальных затрат на сооружение автоклавной установки.

Температура выщелачивания указанной смеси, равная 230°С, является нижним температурным уровнем в процессе образования минеральной фазы «андрадит», на базе SiO₂ из растворенной массы алюмосиликата натрия, а температура 240°С является верхним температурным уровнем окончания процесса связывания диоксида кремния в железистый гидрогранат («андрадит»).

Температурный интервал синтеза дополнительной массы железистого гидрограната в 230-240°С достаточен для осуществления связывания растворенного диоксида кремния в новую нерастворимую твердую фазу, при соответствующей высокой концентрации Na₂O_ку в сфере синтеза пигмента и установленного времени выдержки автоклавной суспензии.

Промывка водой полученного после фильтрации суспензии кека обеспечивает удаление водорастворимых ионов натрия и алюминия из структуры товарного пигмента.

Сушка промытого водой кека обеспечивает однородность гранулометрического состава монозернистого порошка пигмента.

Пропускание через сито с размером отверстий 0,063 мм обеспечивает отсев крупных частиц и конгломератов пигмента, с последующей их утилизацией.

Смешение третьей части клинкера с окисью кальция СаО и каустической содой NaOH при их весовом соотношении, равном 1:(0,148-0,152):(4,10-4,11) соответственно, обеспечивает полный переход SiO₂ из состава клинкера в состав андрадита 3СаО⋅Fe₂O₃⋅2SiO₂⋅2Н₂О и обеспечивает кристаллизацию железосодержащей компоненты клинкера в форму магнитной фазы «мартит» FeFe₂O₄ (псевдоморфоза гематита по магнетиту).

Указанное весовое соотношение клинкера, окиси кальция СаО и каустической соды NaOH определяется исходя из баланса массы SiO₂, Fe₂O₃ и СаО в твердом состоянии и массы Na₂O в жидком состоянии, обеспечивающим синтез магнитной составляющей коричневого пигмента.

Размалывание полученной смеси в потоке раствора каустической соды NaOH с концентрацией Na₂O_ку, равной 310-320 г/дм³, и с плотностью, равной 1189-1190 кг/м³, обеспечивает достижение максимальной активности поверхности твердой фазы перед контактом клинкера с натриевым ионом щелочного раствора при растворении клинкера и при образовании андрадита и магнитной фазы «мартит» в процессе синтеза коричневого пигмента.

При этом концентрация Na₂O_ку, равная 310-320 г/дм³, определяется условиями растворения алюмосиликата натрия клинкера в жидкой каустической соде и скоростью кристаллизации фазы «мартит». При концентрации Na₂O_ку ниже 310 г/дм³ уменьшается скорость фазового перехода феррита натрия из состава клинкера в магнитную фракцию Fe₃O₄ (FeFe₂O₄), а концентрация Na₂O_ку выше 320 г/дм³, при достижении максимального результата в процессе синтез фазы «мартит», приводит к увеличению расхода тепловой энергии при производстве щелочного раствора.

А плотность, равная 1189-1190 кг/м³, соответствует концентрациям Na₂O_ку в растворе каустической соды, при атмосферном давлении.

Выщелачивание полученной сырой суспензии в трубчатом аппарате типа «труба в трубе» при температуре 270-280°С в течение 10-15 минут обеспечивает получение суспензии коричневого пигмента в маточном растворе.

При этом время выщелачивания длительностью менее 10 минут не обеспечивает 100%-ный уровень растворения алюмосиликата натрия и завершение процесса синтеза фазы «мартит».

Время выдержки более 15 минут приводит к увеличению объема реакционной зоны выщелачивания и удорожанию аппаратуры «труба в трубе».

Температура выщелачивания полученной сырой суспензии, равная 270°С, является минимально допустимой для проведения синтеза железосодержащих фаз «андрадит» и «мартит», а температура 280°С является предельно целесообразным уровнем для выщелачивателя типа «труба в трубе», эксплуатируемого при высоком гидравлическом давлении, не менее 8,0 МПа.

Температурный интервал в 270-280°С обеспечивает проведение процесса трансформации клинкерных фаз «феррит натрия» и «алюмосиликат натрия» в конечную форму коричневого пигмента с максимальной скоростью, за минимально короткое время, не более 15 минут, в режиме высоко турбулентного потока прохождения реакционной жидкой массы в трубчатом пространстве выщелачивателя типа «труба в трубе».

Направление полученных после фильтрации маточных растворов на регенерацию обеспечивает утилизацию компонентов оборотного потока щелоче-алюминатного раствора, извлеченных из состава исходного сырья в процессе синтеза пигментов.

Таким образом, при переработке высокожелезистых красных шламов глиноземного производства обеспечивается возможность получения в едином технологическом потоке расширенной цветовой гаммы пигментов.

Способ получения железооксидных пигментов осуществляется следующим образом.

Приготовление исходного сырья для синтеза натрий-ферритного клинкера и пигментов осуществляют смешением высокожелезистого красного шлама глиноземного производства, карбонатной соды Na₂CO₃, окиси кальция СаО и каустической соды NaOH при их весовом соотношении 1:(0,304-0,305):(0,145-0,150):(0,005-0,006) соответственно.

Такое весовое соотношение определяется двумя следующими условиями:

- потребностью окиси натрия на синтез феррита натрия NaFeO₂ и на связывание диоксида кремния в алюмосиликат натрия Na₂O⋅Al₂O₃⋅2SiO₂ на стадии термической обработки сырья;

- потребностью окиси кальция СаО на перевод диоксида кремния из состава алюмосиликата натрия в состав железистого гидрограната 3CaO⋅Fe₂O₃⋅2SiO₂⋅2H₂O в процессе гидрохимического синтеза пигментов при обработке смеси клинкера и окиси кальция при различных режимах выщелачивания в щелоче-алюминатных растворах.

Так, например, для приготовления исходной шихты для синтеза клинкера смешивают 1000 кг красного шлама, 304 кг карбонатной соды Na₂CO₃ и 5 кг каустической соды NaOH в твердую фазу шихты с общим весом 1309 кг.

Термообработку исходного сырья проводят во вращающейся трубчатой печи при температурах 800-850°С. В результате термической обработки шихты получают клинкер весом 1112 кг, в котором содержание феррита натрия составляет 611 кг, содержание алюмосиликата натрия - 303 кг, и содержание перовскита, алюмината натрия и малых примесей (ортосиликат кальция, прочие микропримеси) - по 66 кг каждый.

Полученный клинкер охлаждают в барабанном холодильнике и подвергают измельчению в дробилке до величины куска 12 мм. Затем весь поток измельченного клинкера разделяют на три части для последующей гидрохимической обработки. При этом на производство красного пигмента направляют 278 кг клинкера (25% от массы клинкера), на производство красно-коричневого пигмента - 667 кг (60% от массы клинкера) и на производство коричневого пигмента - 167 кг (15% от массы клинкера).

Первую часть клинкера смешивают с окисью кальция СаО в количестве 28 кг, в соответствии с весовым отношением, равным 1:(0,10-0,12). Полученную смесь весом 306 кг размалывают в шаровой мельнице в потоке среднемодульного щелоче-алюминатного раствора объемом 0,9185 м³, с концентрацией Na₂O_ку, равной 300-310 г/дм³, каустическим модулем α_ку, равном 14-15 единиц. Полученную сырую суспензию направляют на выщелачивание в автоклавной установке, которое ведут в течение 2,5-3 часов при температуре 180-200°С. В результате чего получают суспензию красного пигмента в маточном растворе. Полученную суспензию фильтруют, полученный после фильтрации суспензии кек промывают водой, сушат, пропускают через сито 0,063 и получают товарный красный пигмент весом 237 кг.

Маточный раствор объемом 0,9130 м³, с содержанием Na₂O_ку=370 г/дм³ и каустическим модулем, равным 9 единиц, направляют на регенерацию с получением оборотных выщелачивающих растворов и дополнительной товарной продукции.

Вторую часть клинкера смешивают с окисью кальция СаО в количестве 95 кг, в соответствии с весовым отношением, равным 1:(0,136-0,143).

Полученную смесь весом 762 кг размалывают в шаровой мельнице в потоке высокомодульного щелоче-алюминатного раствора объемом 2,2884 м³, с концентрацией Na₂O_ку, равной 330-360 г/дм³, и каустическим модулем α_ку, равным 34-35 единиц. Полученную сырую суспензию направляют на выщелачивание в автоклавной установке, при этом выщелачивание ведут в течение 0,5-1,0 часов при температуре 230-240°С. В результате чего получают суспензию красно-коричневого пигмента в маточном растворе. Полученную суспензию фильтруют, полученный кек промывают водой, сушат, пропускают через сито с размером отверстий 0,063 мм и получают товарный красно-коричневый пигмент весом 554 кг.

Маточный раствор объемом 2,3423 м³, с содержанием Na₂O_ку=403 г/дм³ и каустическим модулем, равным 13 единиц, направляют на регенерацию с получением оборотных выщелачивающих растворов и дополнительной товарной продукции.

Третью часть клинкера смешивают с окисью кальция СаО в количестве 25 кг и с каустической содой NaOH весом 686 кг, в соответствии с весовым отношением, равным 1:(0,148-0,152):(4,10-4,11). Полученную твердую смесь клинкера и окиси кальция весом 192 кг размалывают в шаровой мельнице в потоке раствора каустической соды NaOH объемом 0,5770 м³, с концентрацией Na₂O_ку, равной 310-320 г/дм³, и с плотностью, равной 1189-1190 кг/м³.

Полученную сырую измельченную суспензию направляют в трубчатый аппарат типа «труба в трубе» для выщелачивания, которое ведут при температуре при температуре 270-280°С в течение 10-15 минут. В результате получают суспензию коричневого пигмента в маточном растворе. Полученную суспензию фильтруют, полученный после фильтрации суспензии кек промывают водой, сушат, пропускают через сито с размером отверстий 0,063 мм и получают товарный коричневый пигмент весом 138 кг.

Маточный раствор объемом 0,5976 м³, с содержанием Na₂O_ку=379 г/дм³ и каустическим модулем, равным 16 единиц, направляют на регенерацию с получением оборотных выщелачивающих растворов и дополнительной товарной продукции.

В узле конверсии обрабатывают поток маточных растворов суммарным объемом 3,8529 м³ с концентрацией Na₂O_ку=391,46 г/дм³, и концентрацией Al₂O₃=51,45 г/дм³, с плотностью 1270 кг/м³, при этом каустический модуль равен 12,52 единицы.

В процессе обработки общего потока среднемодульного раствора из цикла последовательно выводятся следующие продукты:

- микронизированная гидроокись алюминия Al(ОН)₃ марки МГА весом 245 кг, в товарном статусе, в том числе Al₂O₃=160 кг;

- каустическая сода NaOH - 100%, в количестве 97 кг, в товарном статусе, в том числе Na₂O=75 кг;

- карбонатная сода Na₂CO₃ - 100%, в количестве 304 кг, в том числе Na₂O=178 кг;

- оборотная масса высокомодульного щелоче-алюминатного раствора, используемого при синтезе красного пигмента: объем 2,2884 м³, в том числе Na₂O=790 кг.

Claims

1. Способ получения железооксидных пигментов, включающий термообработку исходного сырья, отличающийся тем, что исходное сырье готовят смешением высокожелезистого красного шлама глиноземного производства, карбонатной соды Na₂CO₃, окиси кальция СаО и каустической соды NaOH при их весовом соотношении, равном 1:(0,304-0,305):(0,145-0,150):(0,005-0,006) соответственно, термообработку исходного сырья проводят во вращающейся трубчатой печи при температуре 800-850°С, в результате чего получают клинкер, полученный клинкер измельчают и разделяют на три части, из которых одну часть клинкера смешивают с окисью кальция СаО при их весовом соотношении, равном 1:(0,10-0,12) соответственно, полученную смесь размалывают в потоке среднемодульного щелоче-алюминатного раствора с концентрацией Na₂O_ку, равной 300-310 г/дм³, и каустическим модулем α_ку, равным 14-15 единиц, полученную сырую суспензию направляют на выщелачивание, при этом выщелачивание ведут в течение 2,5-3 часов при температуре 180-200°С, в результате чего получают суспензию красного пигмента в маточном растворе, полученную суспензию фильтруют, полученный после фильтрации суспензии кек промывают водой, сушат, пропускают через сито с размером отверстий 0,063 мм и получают товарный красный пигмент, вторую часть клинкера смешивают с окисью кальция СаО при их весовом соотношении, равном 1:(0,136-0,143) соответственно, полученную смесь размалывают в потоке высокомодульного щелоче-алюминатного раствора с концентрацией Na₂O_ку, равной 330-360 г/дм³, и каустическим модулем α_ку, равным 34-35 единиц, полученную сырую суспензию направляют на выщелачивание, при этом выщелачивание ведут в течение 0,5-1,0 часов при температуре 230-240°С, в результате чего получают суспензию красно-коричневого пигмента в маточном растворе, полученную суспензию фильтруют, полученный после фильтрации суспензии кек промывают водой, сушат, пропускают через сито с размером отверстий 0,063 мм и получают товарный красно-коричневый пигмент, третью часть клинкера смешивают с окисью кальция СаО и каустической содой NaOH при их весовом соотношении, равном 1:(0,148-0,152):(4,10-4,11) соответственно, полученную смесь размалывают в потоке раствора каустической соды NaOH с концентрацией Na₂O_ку, равной 310-320 г/дм³, и с плотностью, равной 1189-1190 кг/м³, полученную сырую суспензию направляют на выщелачивание, при этом выщелачивание ведут в трубчатом аппарате типа «труба в трубе» при температуре 270-280°С в течение 10-15 минут, в результате чего получают суспензию коричневого пигмента в маточном растворе, полученную суспензию фильтруют, полученный после фильтрации суспензии кек промывают водой и сушат, полученный после сушки коричневый пигмент пропускают через сито с размером отверстий 0,063 мм и получают товарный коричневый пигмент.

2. Способ по п. 1, отличающийся тем, что полученные после фильтрации маточные растворы направляют на регенерацию с получением оборотных выщелачивающих растворов и дополнительной товарной продукции.