Файл: Высокотемпературное выщелачивание бокситов.docx

ГДж/т Al₂O₃.Таблица 1.4 – Сравнение энергетических затрат на различных глиноземныхзаводах Китая

Название завода	Способ производства	Тип руды	Затраты энергии, ГДж/т Al2O3
Женгжоу	Комбинированный	Диаспор	34,15
Шанкси	Комбинированный	Диаспор	37,28
Шандонг	Спекание	Диаспор	40,50
Пингуо	Байер	Гиббсит и диаспор	15,10
Пинджарра (Австралия)	Байер	Гиббсит	11,21

Способспеканияикомбинированныйпроцесссчитаютсянадежными,ностарыми технологиями. Они используются до сих пор, так как для некоторого видасырья на данный момент не существует альтернатив, либо использование процессаБайераэкономически неоправдано.ДлятогочтобыкомбинированныйпроцесссмогсоставитьконкуренциюпереработкевысококачественныхбокситовспособомБайера,энергозатратыдолжныбытьсокращены, покрайнеймере,на 50%[1].

---

Активация боксита.

Компания«RioTinto»(Comalco)разработалапроцессактивациибоксита,которыйвключаетпредварительнуютермическуюобработкубоксита,сцельюпереводаалюминийсодержащейфазы(гиббситаилибемита)ваморфную[76].Основным преимуществом данной технологии является то, что последующеевыщелачиваниепроцессаБайераможетбытьосуществленоприболеемягкихусловиях (особенновплане температуры).Даннаятехнологияпозволяетболееэффективнорастворятьбемитовыебокситы,уменьшитьтемпературувыщелачиванияиснизитьзатраты,атакжеисключает проблемы с органикой. Температурная обработка осуществляется придовольнонизкойтемпературе(500-550^оС)втечениекороткогопромежуткавремени,чтопозволяет избежатьразрушения каолинита.Преимуществомданнойтехнологииприпереработкевысококремнистыхбокситовявляетсявыщелачиваниепритемпературах,исключающихрастворениекварца, которое обычно имеет место при выщелачивании бемитовых бокситов. Потехнологииактивациибоксита у«RioTinto»имеетсярядпатентов[77-79].ТехнологияактивациибокситовразрабатываласьавторамидлязаводаYarwun(Австралия),норуководствокомпаниирешилоприбегнутькболеенадежнымтехнологиям[1].СоответствующееуменьшениетемпературыпроцессаБайераможетбытьполученопотехнологиидвойноговыщелачивания,ктомужеостаетсярядвопросовкасательно оченькороткоговремениреакции(порядка10 секунд).

---

Двойное выщелачивание.

Восноветехнологиидвойноговыщелачиваниялежитпротивоточноевыщелачивание бокситов [80,81], где на первой стадии гиббсит выщелачиваетсяраствором,которыйужепрошелвысокотемпературноевыщелачиваниебемита.После чего пульпа разделяется сгущением под давлением, и раствор отправляетсянадекомпозицию.Твердаяфазаотправляетсянавысокотемпературноевыщелачивание.Основным достоинством технологии, как и в случае с активацией боксита,является снижение потерь щелочи при высоких температурах. Данная технологияужебылавнедренананесколькихзаводахзарубежомсмоментаразработкитехнологиисгущенияподдавлением[82].Следуетотметить,чтодляновыхзаводов предполагается использование более современной технологии трубчатоговыщелачивания [83].Несмотрянато,чтопроцессдвойноговыщелачиванияиспользуетсявпромышленности [84], он имеет ряд недостатков: необходимость обескремниванияраствора[85,86] и фильтрация под давлением. Самым главным недостатком, нанашвзгляд,являетсято,чтотехнологияподходиттолькодлялатеритныхбокситов.

---

Образование продуктов обескремнивания с низким содержанием щелочи.

Химическая формула нерастворимого осадка (содалита), образующегося приобескремнивании в цикле Байера, имеет следующий вид: Na₆[AlSiO₄]₆∙Na₂X∙nH₂O(гдеXподразумеваетразличныеанионынеорганическихкислот).Вданномсоединении молярное отношение Na₂O к SiO₂ равно 2/3. Следовательно, продукт снизким содержанием щелочи должен иметь молярное отношение оксида натрия ккремнеземуменьше2/3.Цельюпрактическивсехисследованийпополучениюнизкощелочныхпродуктов обескремнивания являются различные силикаты (или алюмосиликаты)кальция, которые содержат малое количество щелочи или вообще не имеют ее всоставе. Наиболее желательными продуктами являются те, в которых отношениекальция к кремнию меньше 2, так как они не содержат щелочи и на их образованиеуходит мало кальция. Но образование таких соединений в гидрометаллургическихпроцессахосуществитьоченьтяжело(исключениемявляетсягидротермальныйизвестковыйспособ,дляосуществлениякоторогонеобходимооченьвысокоедавление и высокий каустический модуль раствора), и чаще всего они могут бытьполученыпри спекании[87,88].Основнымисоединениями,которыемогутбытьполученыприобескремниваниираствороввпроцессеБайера,являютсягидрогранатыCa₃Al₂(SiO₄)_n(OH)_12-4n (где n не больше 0,8) и канкринит Na₆[AlSiO₄]₆∙2CaCO₃∙yH₂O.В гидрогранатах алюминий также может быть заменен на железо, но только привысокихтемпературахвыщелачивания(более250^оС)[89].Такимобразом,получениегидрогранатовможетбытьперспективнымспособомминимизациипотерьщелочи,хотя

---

посравнениюссиликатомкальциянаихобразованиерасходуетсябольшекальцияи алюминия.Канкринит может уменьшить потери щелочи на 25%, но правда в виде солейнатрия, а не каустической щелочи (имеется в виду Na₂X в содалите). Образованиеканкринитанаблюдаетсятолькопривысокихтемпературахвыщелачивания[87,88].Однимизпервыхпредложилиспользоватьдляпереработкивысококремнистых бокситов гидрогранаты Леонид Павлович Ни [90]. Позднее егоработыбылидополненыСолимаром идругими[91,92].Технологияосновананаполучениижелезистыхгидрогранатов,которыеимеют форму: Ca₃ [Al,Fe]₂(SiO₄)_3-x(4OH)_x, где x в идеальном варианте равен 1 или 2.Теория получения гидрогранатов и их стабильность в различных условиях описанав работах Л.П. Ни [90]. Не так давно технология была пересмотрена в патенте истатьях Медведеваи других[9,93-95].Данная технология достаточно эффективна, так как если удастся получитьгидрогранаты с x=1, то молярное отношение кальция к кремнию будет равняться1,5к1,чтонамноголучше,чем 5 к1валюминиевыхгидрогранатах.ВстатьеМедведеваидругих[9]приводитьсяданные,показывающиенасколькоэкономическипривлекательнагидрогранатоваятехнологиядляпереработкивысококремнистыхбокситов(таблица 1.5).Таблица 1.5 – Калькуляция себестоимости глинозема, получаемого поразличнымтехнологиям (компьютерноемоделирование)

№	Параметр	Един ица	Вариант процесса Байера
			Классический процесс Байера			Байер- спекание			Байер- гидрометаллурги я
			Низкотем пературны й вариант, 105 C	Среднетем пературны й вариант, 235'C	Высокотем пературны й вариант, 280 C		Парал лельн ый вариа нт	Послед ователь ный вариант		Гидрос иликат ный вариан т	Гидрог ранато вый вариан т
1	Выход товарного глинозема	%	82,30	87,40	88,00		82,32	85,43		86,00	93,36
2	Потери Na2O со шламом, на 1 т боксита	кг	13,48	14,08	13,90		35,30	19,87		10,89	3,84
3	Затраты сырья на получение 1 т глинозема
	3.1 Боксит (сухой)	т	2,61	2,45	2,43		2,33	2,71		2,70	2,19
	3.2 Сода кальцинированная	кг	0	0	0		70,65	105		0	23,07
	3.3 Сода каустическая (NaOH)	кг	52,10	51,23	43,59		60,82	0		56,00	0
	3.4 Щелочь общая (Na2O)		40,38	39,70	33,78		88,46	61,42		43,40	13,49
	3.5 Известь негашёная (CaO 91.17%)	кг	54	125	134		171	439		388	246
	3.6 Тепловая энергия, общая	Гкал	2,08	2,30	2,50		3,92	3,18		14,00	2,30
	3.7 Условное топливо по технологии	кг	128	128	128		232	450		128	158
	3.8 Условное топливо на ТЭЦ	кг	386	427	464		728	592		2605	428
	3.9 Электроэнергия	кВт∙ч	256	275	285		275	399		250	252
	3.10 Техническая вода	м3	6,86	6,86	6,86		6,56	5,06		5,00	4,08
4	Выход красного шлама на 1 т глинозема	т	1,16	1,10	1,09		1,36	1,75		1,79	0
5	Выход железо- кальциевого концентрата на 1 т глинозема	т	0	0	0		0	0		0	1,10
6	Стоимость сырья и энергии для производства 1 т глинозема	%	100,0	99,3	98,9		119,2	111,2		130,7	76,6
7	Состав боксита
	Al2O3	%	46,17	46,17	46,17		51,64	42,65		42,65	47,40
	SiO2	%	2,29	2,29	2,29		6,63	10,19		10,19	6,52
	Fe2O3	%	22,22	22,22	22,22		24,57	19,80		19,80	22,04
	H2O	%	24,50	24,50	24,50		11,46	19,97		19,97	18,52
	Кремневый модуль		20,16	20,16	20,16		7,79	4,18		4,18	7,27
	Теоретическое извлечение глинозема	%	95,78	95,78	95,78		89,09	79,69		79,69	88,31

---