RU2707223C1

RU2707223C1 - Bauxite processing method

Info

Publication number: RU2707223C1
Application number: RU2019114678A
Authority: RU
Inventors: Светлана Алексадровна Бибанаева; Наиль Аделевич Сабирзянов
Priority date: 2019-05-15
Filing date: 2019-05-15
Publication date: 2019-11-25

Abstract

FIELD: metallurgy.

SUBSTANCE: invention can be used in non-ferrous metallurgy for bauxite processing by hydrochemical method. Bauxite is added with circulating solution and calcined solution at 1,200–1,300 °C lime in amount of 12–14 % of bauxite weight. Subsequent autoclave leaching is carried out at liquid : solid ratio of 3.0–3.5:1, pressure of 30–32 atm. and temperature of 230–235 °C.

EFFECT: proposed method provides extraction of aluminum oxide in solution equal to 94 %, from hard-to-open bauxites of diasporic and diasporic-bemite type in Bayer process; in addition, the method enables to obtain aluminate solutions with low content of silicon and iron.

1 cl, 2 ex

Description

Изобретение относится к цветной металлургии, в частности к технологии производства глинозема из бокситов по схеме Байера.The invention relates to ferrous metallurgy, in particular to a technology for the production of alumina from bauxite according to the Bayer scheme.

Известен способ получения глинозема из боксита, включающий смешение боксита с щелочно-алюминатным раствором, выщелачивание боксита в автоклавах при температуре 140-250°С в течение 1-2 ч с получением алюминатного раствора с концентрацией щелочи 150-200 г/л Na₂O_k и каустическим модулем в конечном алюминатном растворе на 0,03-0,10 единиц выше его равновесного уровня в принятых условиях выщелачивания, отделение шлама от алюминатного раствора, разложение алюминатного раствора с получением гидроксида алюминия и маточного раствора, при этом щелочно-алюминатный раствор получают упариванием маточного раствора, смешением шлама, полученного после выщелачивания боксита в автоклавах с упаренным маточным раствором с концентрацией щелочи 160-260 г/л Na₂O_k и каустическим модулем 2,6-3,2, выдержку при температуре 98-110°С, отделением шлама от алюминатного раствора. Степень извлечения глинозема составляет 92,5% (Патент RU 2226174, МПК C01F 7/06, 2004 год).A known method of producing alumina from bauxite, including mixing bauxite with an alkaline aluminate solution, leaching bauxite in autoclaves at a temperature of 140-250 ° C for 1-2 hours to obtain an aluminate solution with an alkali concentration of 150-200 g / l Na ₂ O _k and a caustic module in the final aluminate solution 0.03-0.10 units above its equilibrium level under the accepted leaching conditions, separation of the sludge from the aluminate solution, decomposition of the aluminate solution to produce aluminum hydroxide and mother liquor, with alkali-aluminum the cotton solution is obtained by evaporation of the mother liquor, by mixing the slurry obtained after leaching of bauxite in autoclaves with one stripped off mother liquor with an alkali concentration of 160-260 g / l Na ₂ O _k and a caustic module of 2.6-3.2, holding at a temperature of 98-110 ° C, the separation of sludge from aluminate solution. The alumina recovery rate is 92.5% (Patent RU 2226174, IPC C01F 7/06, 2004).

Недостатком известного способа является наличие технологической операции, связанной с приготовлением пульты из маточного раствора и шлама и ее выщелачиванием, что усложняет технологический процесс производства и требует установки дополнительного бакового оборудования.The disadvantage of this method is the presence of a technological operation associated with the preparation of panels from the mother liquor and sludge and its leaching, which complicates the production process and requires the installation of additional tank equipment.

Известен способ получения оксида алюминия из средне- и низкосортного боксита, который включает добавление в боксит оборотного маточного раствора и деалюминированного остатка, содержащего трехкальциевый гидроалюминат и кремнезем, полученного путем разделения суспензии после переработки красного шлама с добавлением в нее извести, автоклавное выщелачивание по способу Байера с получением суспензии, которую разделяют с получением раствора алюмината натрия и красного шлама, раствор алюмината натрия далее перерабатывают с получением маточного раствора и оксида алюминия (патент RU 2478574, МПК C01F 7/06, 2011 год). A known method of producing alumina from medium- and low-grade bauxite, which includes adding to the bauxite a reverse mother liquor and dealuminated residue containing tricalcium hydroaluminate and silica, obtained by separation of the suspension after processing red mud with the addition of lime, autoclave leaching according to the Bayer method obtaining a suspension that is separated to obtain a solution of sodium aluminate and red mud, the solution of sodium aluminate is further processed to obtain Full-time solution and the aluminum oxide (patent RU 2478574, IPC C01F 7/06, 2011 year).

Недостатком известного способа является необходимость введения в технологию отдельного передела по производству трехкальциевого гидроалюмината, который используют в качестве добавки при выщелачивании. Кроме того, способ обеспечивает относительно невысокую степень выщелачивания (не более 80%).The disadvantage of this method is the need for introducing into the technology a separate redistribution for the production of tricalcium hydroaluminate, which is used as an additive in leaching. In addition, the method provides a relatively low degree of leaching (not more than 80%).

Наиболее близким по технической сущности является способ получения глинозема из бокситов, включающий добавление к бокситу оборотного раствора процесса Байера и извести, предварительно обожженной при температуре 1400 – 1500°С, автоклавное выщелачивание в две стадии: сначала при температуре 90-95°С, а затем при температуре 220°С, с последующим разбавлением и перемешиванием полученной пульпы при температуре 98-100^оС. Способ обеспечивает извлечение оксида алюминия до 92% (Бибанаева С.А., Сабирзянов Н.А., Корюков В.Н., Уфимцев В.М., Абакумов С.А. “Технология получение извести и использование ее при производстве глинозема”, “Естественные и технические науки”, № 5, 2014)(прототип).The closest in technical essence is a method of producing alumina from bauxite, including the addition of a Bayer process solution and lime preliminarily calcined at a temperature of 1400 - 1500 ° C to bauxite, autoclave leaching in two stages: first at a temperature of 90-95 ° C, and then at a temperature of 220 ° C, followed by dilution and stirring of the resulting slurry at a temperature of 98-100 ^C. The method provides for the extraction of alumina to 92% (Bibanaeva SA, Sabirzyanov NA Koryukov VN In Ufimcev .M., Abakumov S.A. “Technolo production of lime and its use in the production of alumina ”,“ Natural and technical sciences ”, No. 5, 2014) (prototype).

Однако известный способ обеспечивает возможность переработки на глинозем с высокой степенью извлечения только хорошо вскрывающихся бокситов гиббситового или гиббсит-бемитового типа, к которым в частности относятся бокситы Тиманского месторождения. При переработки известным способом на глинозем трудно вскрываемых бокситов степень извлечения составляет не более 92%. However, the known method provides the possibility of processing on alumina with a high degree of extraction of only well-opening bauxite of gibbsite or gibbsite-boehmite type, which in particular include bauxites of the Timan field. When processing in a known manner on alumina difficult to open bauxite, the degree of extraction is not more than 92%.

Таким образом, перед авторами стояла задача разработать способ переработки, трудно вскрываемых бокситов диаспор или диаспор-бемитового типа обеспечивающим высокую степень извлечения оксида алюминия. Thus, the authors were faced with the task of developing a method of processing hard-to-open bauxites of the diaspora or diaspore-boehmite type providing a high degree of extraction of aluminum oxide.

Поставленная задача решена в предлагаемом способе переработки бокситов, включающем добавление к бокситу оборотного раствора с одновременным введением обожженной при высокой температуре извести, последующее автоклавное выщелачивание, с отделением алюминатного раствора после выщелачивания, в котором обожженную при 1200-1300°С известь вводят в количестве 12-14 масс.% от массы боксита, а выщелачивание осуществляют при соотношении жидкое : твердое, равном 3.0÷3.5:1, давлении 30-32 атм и температуре 230-235°С.The problem is solved in the proposed method for the processing of bauxite, including the addition of bauxite to a circulating solution with the addition of lime calcined at high temperature, subsequent autoclave leaching, with the separation of the aluminate solution after leaching, in which lime calcined at 1200-1300 ° C is introduced in an amount of 12- 14 wt.% By weight of bauxite, and leaching is carried out at a ratio of liquid: solid, equal to 3.0 ÷ 3.5: 1, a pressure of 30-32 atm and a temperature of 230-235 ° C.

В настоящее время из патентной и научно-технической литературы не известен способ переработки бокситов с извлечением оксида алюминия с использованием обожженной при 1200-1300°С извести в количестве 12-14 масс.% от массы боксита и проведении стадии выщелачивания в предлагаемых авторами условиях. Currently, from the patent and scientific and technical literature there is no known method for processing bauxite with the extraction of aluminum oxide using lime calcined at 1200-1300 ° C in the amount of 12-14 wt.% By weight of bauxite and carrying out the leaching stage under the conditions proposed by the authors.

В настоящее время производство глинозема (оксида алюминия) осуществляется преимущественно из бокситов гиббситового или гиббсит-бемитового типа. Однако в РФ основные запасы бокситов, находящиеся на Урале, относятся к трудно вскрываемым бокситам диаспорового или диаспор-бемитового типа. Таким образом, является актуальной задача разработки способа извлечения оксида алюминия из бокситов этого типа с обеспечением высокого процента извлечения. Проведенные авторами исследования позволили определить условия и параметры проведения технологического процесса, обеспечивающего высокое извлечение оксида алюминия (до 94%). Использование извести, обожженной при температуре 1200-1300°С, объясняется изменением химических свойств извести (оксида кальция) под влиянием высоких температур. При температурах обжига выше 1300°С происходит изменение параметров кристаллической решетки в сторону уменьшения, в результате чего повышается прочность кристаллической решетки и снижается реакционная способность оксида кальция. Предлагаемый авторами температурный интервал предварительного обжига извести является оптимальным, обеспечивая максимальную реакционную способность извести для активации процесса вскрытия трудно вскрываемых бокситов. При использовании извести, обожженной ниже 1200°С, в количестве менее 12 масс.% от массы боксита степень выщелачивания не превышала 87%, при использовании извести, обожженной выше 1300°С, в количестве более 14 масс.% от массы боксита степень выщелачивания не превышала 88%. Существенными являются параметры проведения процесса выщелачивания, обеспечивающие разложения и перевода в раствор максимально возможного количества оксида алюминия. Выщелачивание осуществляли при соотношении жидкое : твердое, равном 3.0÷3.5:1, давлении 30-32 МПа и температуре 230-235°С. Жесткие условия процесса обусловлены минералогическим составом бокситов диаспорового или диаспор-бемитового типа, который осложняет вскрытие сырья по сравнению с другими глиноземсодержащими минералами. Так, при снижении соотношения жидкое : твердое, менее 3.0:1, снижении давления ниже 30атм и температуры ниже 230 степень извлечения оксида алюминия в раствор снижается до 86-87%, при повышении соотношения жидкое : твердое, более 3.5:1, при повышении давления выше 32атм и температур выше 235° степень извлечения оксида алюминия в раствор также снижается до 88%. Предлагаемый способ позволяет упростить технологический процесс, поскольку позволяет исключить дополнительное предварительное низкотемпературное выщелачивание.Currently, the production of alumina (aluminum oxide) is carried out mainly from bauxites of the gibbsite or gibbsite-boehmite type. However, in the Russian Federation, the main bauxite reserves located in the Urals belong to hard-to-open bauxites of the diaspora or diaspore-boehmite type. Thus, the urgent task of developing a method for the extraction of alumina from bauxite of this type with a high percentage of recovery. The studies conducted by the authors made it possible to determine the conditions and parameters of the technological process providing high extraction of alumina (up to 94%). The use of lime, calcined at a temperature of 1200-1300 ° C, is explained by a change in the chemical properties of lime (calcium oxide) under the influence of high temperatures. At firing temperatures above 1300 ° C, the parameters of the crystal lattice change in the direction of reduction, as a result of which the strength of the crystal lattice increases and the reactivity of calcium oxide decreases. The temperature range of lime preliminary calcination proposed by the authors is optimal, providing maximum reactivity of lime to activate the process of opening hard-to-open bauxites. When using lime calcined below 1200 ° C in an amount of less than 12 wt.% By weight of bauxite, the degree of leaching did not exceed 87%, when using lime calcined above 1300 ° C in an amount of more than 14 wt.% Of mass of bauxite did not leach exceeded 88%. Significant are the parameters of the leaching process, providing decomposition and transfer into the solution of the maximum possible amount of aluminum oxide. Leaching was carried out at a liquid: solid ratio of 3.0 ÷ 3.5: 1, a pressure of 30-32 MPa and a temperature of 230-235 ° C. The stringent process conditions are due to the mineralogical composition of diaspora or diaspore-boehmite type bauxites, which complicates the opening of raw materials compared to other alumina-containing minerals. So, with a decrease in the liquid: solid ratio, less than 3.0: 1, a decrease in pressure below 30 atm and a temperature below 230, the degree of extraction of aluminum oxide in the solution decreases to 86-87%, with an increase in the ratio of liquid: solid, more than 3.5: 1, with an increase in pressure above 32 atm and temperatures above 235 °, the degree of extraction of aluminum oxide in the solution also decreases to 88%. The proposed method allows to simplify the process, since it allows to exclude additional preliminary low-temperature leaching.

Предлагаемый способ может быть осуществлен следующим образом. Осуществляют автоклавное выщелачивание “сырой” пульпы, полученной путем добавления в боксит, в частности в боксит Северо-уральского месторождения, оборотного раствора и обожженной при температуре 1200-1300°С извести в количестве 12-14 масс.% от массы боксита. Выщелачивание осуществляют при соотношении жидкое : твердое, равном 3.0÷3.5:1, давлении 30-32 атм и температуре 230-235°С, в течение 2-2,5 часов. Затем отключают нагрев, охлаждают автоклав до комнатной температуры и открывают. Полученный продукт фильтруют. Алюминатный раствор помещают в отдельную емкость. Проводят химический анализ алюминатного раствора с целью определения содержания алюминия, натрия, кремния и железа. Определяют извлечение оксида алюминия в раствор. Определяют извлечение по формуле: В_хим= 1- (А_шл*Fe_б/ А_б *Fe_шл)*100, где А_би F_б - содержание Al₂O₃ и Fe₂O₃ в боксите, % и А_шли F_шл - содержание Al₂O₃ и Fe₂O₃ в шламе, %. Кремневый модуль определяют по формуле: µ_Si= Al₂O₃/ SiO₂, где Al₂O₃ и SiO₂ –содержание алюминия и кремния в алюминатном растворе, г/л.The proposed method can be implemented as follows. Autoclave leaching of “raw” pulp is carried out, obtained by adding to the bauxite, in particular to the bauxite of the North Ural deposit, a circulating solution and lime calcined at a temperature of 1200-1300 ° C in an amount of 12-14 wt.% Of the weight of bauxite. Leaching is carried out with a liquid: solid ratio of 3.0 ÷ 3.5: 1, a pressure of 30-32 atm and a temperature of 230-235 ° C, for 2-2.5 hours. Then turn off the heat, cool the autoclave to room temperature and open. The resulting product is filtered. The aluminate solution is placed in a separate container. A chemical analysis of the aluminate solution is carried out in order to determine the content of aluminum, sodium, silicon and iron. The extraction of alumina in the solution is determined. Determine the extraction by the formula: The _chemical = 1- (A _SHL * Fe _b / A _b * _SL Fe) * 100, where A and _b _b F - content of Al ₂ O ₃ and Fe ₂ O ₃ in the bauxite, and% A _SHL and F _sl - the content of Al ₂ O ₃ and Fe ₂ O ₃ in the sludge,%. The silicon module is determined by the formula: μ _Si = Al ₂ O ₃ / SiO ₂ , where Al ₂ O ₃ and SiO _{2 are the} aluminum and silicon contents in the aluminate solution, g / l.

Предлагаемый способ иллюстрируется следующими примерами.The proposed method is illustrated by the following examples.

Пример 1. Масса навески 15 г. Берут 13,2 г боксита Северо-уральского месторождения состава, масс.%: Al₂O₃ – 52,4; CO₂ – 4,87; SiO₂– 3,45; Fe₂O₃ – 21,3; TiO₂ – 1,98; MnO – 0,12; CaO – 4,48; MgO – 0,38; S_общ.– 0,74, потери при прокаливании – 15,52, кремневый модуль- 15,198. Добавляют 1,8г (12% масс.) отожженной при температуре 1200°C извести состава, масс.%: СаО − 90,54; SiO2 − 0,36; Al2O3 − 1,9; Fe2O3 − 0,7; MgO – 1,5, потери при прокаливании − 5. Полученную смесь помещают в автоклав и добавляют 50 мл оборотного раствора состава, г/л: Al₂O₃ – 149,6; Na₂O_общ. – 320,85; SiO₂ – 1,12, кремневый модуль- 133; после чего тщательно перемешивают. Автоклав закрывают, устанавливают в термостат, устанавливают давление 30атм, включают нагрев до температуры 230°С и выдерживают в течение 2 часов. После чего выключают термостат, охлаждают, открывают и полученный продукт фильтруют на вакуумной установке. При этом нижний продукт (алюминатный раствор) отбирают в отдельную емкость. По данным химического анализа получают алюминатный раствор, содержащий (г/л.): Al₂O₃ – 132, SiO₂ – 0,25, Na₂O_общ – 152, Fe2O3 –0,0028, кремневый модуль – 528, степень выщелачивания составила 94%.Example 1. The mass of the sample 15 g. Take 13.2 g of bauxite of the North-Ural deposit composition, wt.%: Al ₂ O ₃ - 52.4; CO ₂ - 4.87; SiO ₂ - 3.45; Fe ₂ O ₃ - 21.3; TiO ₂ - 1.98; MnO - 0.12; CaO 4.48; MgO - 0.38; S _total - 0.74, loss on ignition - 15.52, flint module - 15.198. Add 1.8 g (12% wt.) Lime composition annealed at a temperature of 1200 ° C, wt.%: CaO - 90.54; SiO2 0.36; Al2O3 - 1.9; Fe2O3 0.7; MgO - 1.5, loss on ignition - 5. The resulting mixture was placed in an autoclave and 50 ml of a working solution of the composition were added, g / l: Al ₂ O ₃ - 149.6; Na ₂ O _total - 320.85; SiO ₂ - 1.12, silicon module - 133; then mix thoroughly. The autoclave is closed, installed in a thermostat, the pressure is set to 30 atm, the heating is turned on to a temperature of 230 ° C and held for 2 hours. Then turn off the thermostat, cool, open and the resulting product is filtered on a vacuum installation. In this case, the lower product (aluminate solution) is taken into a separate container. According to the chemical analysis, an aluminate solution is obtained containing (g / l): Al ₂ O ₃ - 132, SiO ₂ - 0.25, Na ₂ O _total - 152, Fe2O3 –0.0028, silicon module - 528, leaching rate amounted to 94%.

Пример 2. Масса навески 15 г. Берут 12,9 г боксита Северо-уральского месторождения состава, масс.%: Al₂O₃ – 52,4; CO₂ – 4,87; SiO₂– 3,45; Fe₂O₃ – 21,3; TiO₂ – 1,98; MnO – 0,12; CaO – 4,48; MgO – 0,38; S_общ.– 0,74, потери при прокаливании – 15,52, кремневый модуль- 15,198. Добавляют 2,1 г (14% масс.) отожженной при температуре 1300°C извести состава, масс.%: СаО − 90,54; SiO2 − 0,36; Al2O3 − 1,9; Fe2O3 − 0,7; MgO – 1,5, потери при прокаливании − 5. Полученную смесь помещают в автоклав и добавляют 50 мл оборотного раствора состава, г/л: Al₂O₃ – 149,6; Na₂O_общ. – 320,85; SiO₂ – 1,12, кремневый модуль- 133; после чего тщательно перемешивают. Автоклав закрывают, устанавливают в термостат, устанавливают давление 32атм, включают нагрев до температуры 235°С и выдерживают в течение 2 часов. После чего выключают термостат, охлаждают, открывают и полученный продукт фильтруют на вакуумной установке. При этом нижний продукт (алюминатный раствор) отбирают в отдельную емкость. По данным химического анализа получают алюминатный раствор, содержащий (г/л.): Al₂O₃ – 132, SiO₂ – 0,25, Na₂O_общ – 152, Fe2O3 –0,0028 , кремневый модуль – 528, степень выщелачивания составила 94%.Example 2. The mass of the sample 15 g. Take 12.9 g of bauxite of the North-Ural deposit composition, wt.%: Al ₂ O ₃ - 52.4; CO ₂ - 4.87; SiO ₂ - 3.45; Fe ₂ O ₃ - 21.3; TiO ₂ - 1.98; MnO - 0.12; CaO 4.48; MgO - 0.38; S _total - 0.74, loss on ignition - 15.52, flint module - 15.198. 2.1 g (14% wt.) Of lime composition annealed at a temperature of 1300 ° C are added, wt.%: CaO - 90.54; SiO2 0.36; Al2O3 - 1.9; Fe2O3 0.7; MgO - 1.5, loss on ignition - 5. The resulting mixture was placed in an autoclave and 50 ml of a working solution of the composition were added, g / l: Al ₂ O ₃ - 149.6; Na ₂ O _total - 320.85; SiO ₂ - 1.12, silicon module - 133; then mix thoroughly. The autoclave is closed, installed in a thermostat, the pressure is set to 32 atm, the heating is turned on to a temperature of 235 ° C and held for 2 hours. Then turn off the thermostat, cool, open and the resulting product is filtered on a vacuum installation. In this case, the lower product (aluminate solution) is taken into a separate container. According to chemical analysis, an aluminate solution is obtained containing (g / l.): Al ₂ O ₃ - 132, SiO ₂ - 0.25, Na ₂ O _total - 152, Fe2O3 –0.0028, silicon module - 528, leaching rate amounted to 94%.

Таким образом, авторами предлагается простой, эффективный способ извлечения оксида алюминия в раствор из трудно вскрываемых бокситов диаспорового и диаспор-бемитового типа в процессе Байера, обеспечивающий высокое извлечение равное 94%, высокий кремневый модуль и низкое содержание железа в алюминатном растворе.Thus, the authors propose a simple, effective method for extracting alumina into a solution from hard-to-open bauxites of the diaspore and diaspore-boehmite type in the Bayer process, providing a high recovery of 94%, a high silicon modulus, and a low iron content in the aluminate solution.

Claims

A method for processing bauxite, including adding a circulating solution to bauxite with the simultaneous introduction of lime calcined at high temperature, subsequent autoclave leaching with separation of the aluminate solution after leaching, characterized in that lime calcined at 1200-1300 ° C is introduced in an amount of 12-14 wt.% by weight of bauxite, and leaching is carried out at a liquid: solid ratio of 3.0-3.5: 1, a pressure of 30-32 atm and a temperature of 230-235 ° C.