Добавлен: 04.12.2023
Просмотров: 563
Скачиваний: 5
ВНИМАНИЕ! Если данный файл нарушает Ваши авторские права, то обязательно сообщите нам.
СОДЕРЖАНИЕ
Актуальность темы исследования
Теоретическая и практическая значимость работы
Методология и методы диссертационного исследования
Положения, выносимые на защиту:
Степень достоверности и апробация результатов
Способы переработки низкокачественных высококремнистых бокситов
Образование продуктов обескремнивания с низким содержанием щелочи.
Гидрохимическая обработка красного шлама известью.
Пути усовершенствования комбинированного способа Байер-
Постановка задачи исследования
Влияние пыли электрофильтров на процесс сгущения красных шламов
Глава 4. Предлагаемая технологическая схема и ее финансово- экономическая оценка
структуре [Al(OH)4]4- соединения ГАН. Смещение в высокочастотную (720 теоретич.) область указывает на присутствие катионов Na+.
882,54 см-1 – пик, указывающий на валентный характер колебаний связей νSi- O кислорода в соединениях ГФН и ГСФН.
903,76 см-1 – пик, отвечающий νFe-O колебаниям связей в структуре ГФН и ГСФН.
1026,25 см-1 – пик, отвечающий δNa-O-Al колебаниям связей кислорода в молекулярной структуре ГАН.
1112,10 см-1 – пик максимума, который указывает на валентный характер колебаний ν[SiO4]4- связей изолированных тетраэдров в структуре Na2Ca2Si3O9 –
являющегося продуктом распада НКС (натриевокальциевого силиката) при температуре 1000-1200оС.
1153,57 и 1197,94см-1 – максимумы спектров поглощения, отвечающие валентным колебаниям νSi-O связей в структуре Na2SiO3.
Область определения 1300-1800 см-1 отмечена несколькими спектрами поглощения:
1440,04см-1 – пик, отвечающий валентным колебаниям связей ν(СО) в ионе [CO3]2- карбоната кальция.
1669,59см-1 – пик, свидетельствующий о колебаниях δ(ОН) связей в структуре ГАН. Смещение в высокочастотную область связано с образованием твердых растворов с ГФН.
1778,58см-1 – пик, отвечающий ν(ОСО) колебаниям связей кислорода в структуре карбоната кальция.
Область определения 1800-3000 см-1 отмечена спектрами поглощения характерными для деформационных колебаний связей водорода в соединениях:
1953,16 см-1 – колебания δН-О-Н, характерные для диаспора. 2417,10 см-1 – δН-О, характерные для NaOH.
2836,67 см-1 – δН-О,
характерные для диаспора.
Область определения 3000-3700 см-1 отмечена рядом спектров, характерных для валентных колебаний воды и гидроксильных групп в соединениях:
3086,48 и 3284,00 см-1 – пик, отвечающий ν(Н2О) колебаниям связей в бемите.
3448,18 см-1 – пик, отвечающий колебаниям связей гидроксильной группы в Са(ОН)2 (образованного скорее всего на частицах карбоната кальция).
3562,96 см-1 – пик, который отвечает колебаниям связей гидроксил-иона в структуре ГАН.
Предполагается, что всю пыль вывести из технологии нельзя, так как это нарушит тепловой баланс печей и сильно затруднит движение шихты в зоне сушки, но пыль электрофильтров является балластом в любом случае. Кратность
пылевозврата электрофильтров самая большая из всех агрегатов системы пылеулавливания (батарейные циклоны, пылевая камера), в среднем по системе пылеулавливания равна 3-4, после чего пыль окончательно спечется.
При исследовании технологического процесса спекания глиноземных шихт, мы детально рассмотрели новый компонент – пыль электрофильтров (ПЭФ). Было установлено, что пыль электрофильтров является дополнительным источником потерь щелочей.
При проходе ПЭФ через систему газоочистки, как замечено выше, осуществляет несколько циклов возврата. При этом ПЭФ пересыхает и приобретает заряд электрофильтра, что позволяет ей проходить по газоходу дальше на скруббер мокрой очистки.
Благодаря тому, что ПЭФ на 50% (по массе) состоит, из легко растворимых соединений (экспериментальные данные), то она начинает выщелачиваться в скруббере во взвешенном состоянии в водяных парах, и, двигаясь вместе с парами
снизу вверх, удаляется из системы газоочистки в атмосферу. Соответственно, удаляется и часть щелочей (23-25г/м3) в виде карбонатов. Так как отходящие газы движутся на большой скорости (3 м/с, ПТО УАЗа), то потери щелочи в виде карбонатов весьма значительны.
Большое значение кратности возврата пыли означает значительные потери вторичного тепла. Процент от общей массы пылевозврата, приходящийся на ПЭФ, составляет до 15%. Учитывая эти данные, снижение тепловой мощности печи составляет приблизительно 180 кВт/ч [63].
Для дальнейшего изучения пыли электрофильтров мы выщелачивали двух и трех компонентную пыль в дистиллированной воде при температуре 90оС в нормальных условиях с целью определения качественного и количественного состава твердой фазы. В таблице 2.2 представлен РФА шламов ПЭФ после выщелачивания.
Таблица 2.2 – Результаты РФА шламов ПЭФ 2-х и 3-х компонентных шихт
Как можно увидеть по данным таблицы, большая часть щелочи и небольшая часть алюминия перешли в раствор. Следует отметить, что при выщелачивании 2-х
компонентной пыли электрофильтров в воде при 90 оС кремневый модуль шлама увеличивается почти в два раза. Для выяснения качественного минерального состава проведены исследования полученных шламов методом ДТА и ТГ (Дифференциального и термогравиметрического термического анализа).
Исследования проводились на дериватографе DIAMOND TG/DTA для одновременного термогравиметрического и дифференциального термического анализа (рисунок 2.12 и 2.13). Определяемый показатель: тепловая характеристика вещества при равномерном нагреве от 25 до 1150оС, изменение массы по интересующим температурным интервалам.
Рисунок 2.12 – Результаты ДТА шлама двухкомпонентной пыли
На кривой ДТА на Рисунке 2.12 имеется эндотермический пик при 225оС, соответствующий потере физической влаги в количестве 3,2%. Эндотермический пик при 300 оС – обезвоживание гетита γ-FeOOH (до 57% от массы навески). Двойной пик эндотермического эффекта при 518 оС указывает на наличие бемита и диаспора в количестве 31%. И небольшой эндотермический пик при 766,00 оС характерен для кальцита (11% CaCO3).
Рисунок 2.13 – Результаты ДТА шлама трехкомпонентной пыли
На рисунке 2.13 ситуация аналогична предыдущему образцу.
На кривой ДТА имеется эндотермический пик при 220 оС, отвечающий потере физической влаги в количестве 3%. Эндотермический пик при 290 оС – обезвоживание гетита γ-FeOOH
(до 48% от массы навески). Двойной пик эндотермического эффекта при 520 – 543 оС указывает на наличие бемита и диаспора в количестве 29%. И небольшой эндотермический пик при 766,00 оС характерен для кальцита (15% CaCO3).
Таким образом, получается, что в шламе остается еще достаточно глинозема, который можно попробовать извлечь в раствор.
Далее исследования проводились методом выщелачивания с оборотным щелочно-алюминатным раствором при температурах 90 оС при нормальных
условиях и 240 оС в автоклаве под давлением. Данные РФА отображены в таблице 2.3.
Таблица 2.3 – РФА шламов ПЭФ 2-х и 3-х компонентных шихт, полученных после выщелачивания в оборотном щелочно-алюминатном растворе
882,54 см-1 – пик, указывающий на валентный характер колебаний связей νSi- O кислорода в соединениях ГФН и ГСФН.
903,76 см-1 – пик, отвечающий νFe-O колебаниям связей в структуре ГФН и ГСФН.
1026,25 см-1 – пик, отвечающий δNa-O-Al колебаниям связей кислорода в молекулярной структуре ГАН.
1112,10 см-1 – пик максимума, который указывает на валентный характер колебаний ν[SiO4]4- связей изолированных тетраэдров в структуре Na2Ca2Si3O9 –
являющегося продуктом распада НКС (натриевокальциевого силиката) при температуре 1000-1200оС.
1153,57 и 1197,94см-1 – максимумы спектров поглощения, отвечающие валентным колебаниям νSi-O связей в структуре Na2SiO3.
Область определения 1300-1800 см-1 отмечена несколькими спектрами поглощения:
1440,04см-1 – пик, отвечающий валентным колебаниям связей ν(СО) в ионе [CO3]2- карбоната кальция.
1669,59см-1 – пик, свидетельствующий о колебаниях δ(ОН) связей в структуре ГАН. Смещение в высокочастотную область связано с образованием твердых растворов с ГФН.
1778,58см-1 – пик, отвечающий ν(ОСО) колебаниям связей кислорода в структуре карбоната кальция.
Область определения 1800-3000 см-1 отмечена спектрами поглощения характерными для деформационных колебаний связей водорода в соединениях:
1953,16 см-1 – колебания δН-О-Н, характерные для диаспора. 2417,10 см-1 – δН-О, характерные для NaOH.
2836,67 см-1 – δН-О,
характерные для диаспора.
Область определения 3000-3700 см-1 отмечена рядом спектров, характерных для валентных колебаний воды и гидроксильных групп в соединениях:
3086,48 и 3284,00 см-1 – пик, отвечающий ν(Н2О) колебаниям связей в бемите.
3448,18 см-1 – пик, отвечающий колебаниям связей гидроксильной группы в Са(ОН)2 (образованного скорее всего на частицах карбоната кальция).
3562,96 см-1 – пик, который отвечает колебаниям связей гидроксил-иона в структуре ГАН.
Предполагается, что всю пыль вывести из технологии нельзя, так как это нарушит тепловой баланс печей и сильно затруднит движение шихты в зоне сушки, но пыль электрофильтров является балластом в любом случае. Кратность
пылевозврата электрофильтров самая большая из всех агрегатов системы пылеулавливания (батарейные циклоны, пылевая камера), в среднем по системе пылеулавливания равна 3-4, после чего пыль окончательно спечется.
При исследовании технологического процесса спекания глиноземных шихт, мы детально рассмотрели новый компонент – пыль электрофильтров (ПЭФ). Было установлено, что пыль электрофильтров является дополнительным источником потерь щелочей.
При проходе ПЭФ через систему газоочистки, как замечено выше, осуществляет несколько циклов возврата. При этом ПЭФ пересыхает и приобретает заряд электрофильтра, что позволяет ей проходить по газоходу дальше на скруббер мокрой очистки.
Благодаря тому, что ПЭФ на 50% (по массе) состоит, из легко растворимых соединений (экспериментальные данные), то она начинает выщелачиваться в скруббере во взвешенном состоянии в водяных парах, и, двигаясь вместе с парами
снизу вверх, удаляется из системы газоочистки в атмосферу. Соответственно, удаляется и часть щелочей (23-25г/м3) в виде карбонатов. Так как отходящие газы движутся на большой скорости (3 м/с, ПТО УАЗа), то потери щелочи в виде карбонатов весьма значительны.
Большое значение кратности возврата пыли означает значительные потери вторичного тепла. Процент от общей массы пылевозврата, приходящийся на ПЭФ, составляет до 15%. Учитывая эти данные, снижение тепловой мощности печи составляет приблизительно 180 кВт/ч [63].
Для дальнейшего изучения пыли электрофильтров мы выщелачивали двух и трех компонентную пыль в дистиллированной воде при температуре 90оС в нормальных условиях с целью определения качественного и количественного состава твердой фазы. В таблице 2.2 представлен РФА шламов ПЭФ после выщелачивания.
Таблица 2.2 – Результаты РФА шламов ПЭФ 2-х и 3-х компонентных шихт
| Эл-ты | ППП | Al2O3 | SiO2 | Na2O | K2O | MgO | CaO | Fe2O3 | TiO2 | S |
| 2комп | 18,3 | 39,76 | 3,06 | 1,70 | 0,18 | 0,80 | 2,73 | 30,18 | 2,73 | 0,23 |
| 3комп | 18,8 | 37,00 | 5,46 | 1,58 | 0,40 | 0,80 | 6,55 | 26,91 | 2,13 | 0,13 |
Как можно увидеть по данным таблицы, большая часть щелочи и небольшая часть алюминия перешли в раствор. Следует отметить, что при выщелачивании 2-х
компонентной пыли электрофильтров в воде при 90 оС кремневый модуль шлама увеличивается почти в два раза. Для выяснения качественного минерального состава проведены исследования полученных шламов методом ДТА и ТГ (Дифференциального и термогравиметрического термического анализа).
Исследования проводились на дериватографе DIAMOND TG/DTA для одновременного термогравиметрического и дифференциального термического анализа (рисунок 2.12 и 2.13). Определяемый показатель: тепловая характеристика вещества при равномерном нагреве от 25 до 1150оС, изменение массы по интересующим температурным интервалам.
Рисунок 2.12 – Результаты ДТА шлама двухкомпонентной пыли
На кривой ДТА на Рисунке 2.12 имеется эндотермический пик при 225оС, соответствующий потере физической влаги в количестве 3,2%. Эндотермический пик при 300 оС – обезвоживание гетита γ-FeOOH (до 57% от массы навески). Двойной пик эндотермического эффекта при 518 оС указывает на наличие бемита и диаспора в количестве 31%. И небольшой эндотермический пик при 766,00 оС характерен для кальцита (11% CaCO3).
Рисунок 2.13 – Результаты ДТА шлама трехкомпонентной пыли
На рисунке 2.13 ситуация аналогична предыдущему образцу.
На кривой ДТА имеется эндотермический пик при 220 оС, отвечающий потере физической влаги в количестве 3%. Эндотермический пик при 290 оС – обезвоживание гетита γ-FeOOH
(до 48% от массы навески). Двойной пик эндотермического эффекта при 520 – 543 оС указывает на наличие бемита и диаспора в количестве 29%. И небольшой эндотермический пик при 766,00 оС характерен для кальцита (15% CaCO3).
Таким образом, получается, что в шламе остается еще достаточно глинозема, который можно попробовать извлечь в раствор.
Далее исследования проводились методом выщелачивания с оборотным щелочно-алюминатным раствором при температурах 90 оС при нормальных
условиях и 240 оС в автоклаве под давлением. Данные РФА отображены в таблице 2.3.
Таблица 2.3 – РФА шламов ПЭФ 2-х и 3-х компонентных шихт, полученных после выщелачивания в оборотном щелочно-алюминатном растворе
| Эл-ты | ППП | Al2O3 | SiO2 | Na2O | K2O | MgO | CaO | Fe2O3 | TiO2 | S |
| 2комп 90оС | 14,00 | 36,26 | 3,91 | 1,94 | 0,27 | 0,82 | 4,39 | 34,74 | 3,06 | 0,34 |
| 3комп 90 оС | 13,80 | 38,19 | 5,52 | 1,94 | 0,33 | 0,82 | 7,68 | 28,91 | 2,34 | 0,40 |
| 2комп 240оС | 8,30 | 12,44 | 9,05 | 6,25 | 0,23 | 0,76 | 16,48 | 41,00 | 4,23 | 1,04 |
| 3комп 240оС | 10,30 | 14,58 | 9,73 | 6,34 | 0,38 | 0,79 | 19,57 | 34,50 | 2,92 | 0,89 |