Добавлен: 04.12.2023
Просмотров: 567
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
алюмо-железистых гидрогранатов с изоморфным замещением Al3+ на Fe3+ [131,139,140]. Примерный химический состав этих соединений отвечает формуле: 3CaO∙(0,7Al2O3 + 0,3Fe2O3)∙SiO2∙nH2O. Наличие этих соединений в пробах красного шлама объясняется переходом в концентрированный раствор из спека активных компонентов, содержащих Fe3+ и Ca2+.
Анализируя данные спектров поглощения 3-6 (Рисунок 3.1), можно определить две характеристические полосы с максимумами 624,96см-1 и 681,86см-1, соответствующие валентным колебаниям Fe-O , согласно справочным данным [137]. Эти спектры приписываются валентным колебаниям связей железо- кислородных тетраэдров Fe3+O4, входящих в структуру алюмо-железистых гидрогранатов (АЖГГ). Спектров поглощения в этой области нет в ИК- спекрограммах основных соединений красного шлама (ГАСН, трехкальциевый алюмосиликат, АГГ). В спектрах исходного боксита подобных полос также не наблюдается. Однако в спектрах поглощения №2-свидетеля в указанной выше области частот имеются два нечетких максимума.
Наличие соединений АЖГГ в свидетеле подтверждается данными ДТА (№2, рисунок 3.2). Расщепление в спектрах 5 и 6 полосы валентных колебаний связей ортосиликат-иона [SiO]4- в районе 1000-900см-1 косвенно указывает на присутствие в красных шламах АЖГГ, что согласуется с данными ДТА на Рисунке 3.2.
Анализируя термограммы образцов (Рисунок 3.2) и сопоставляя с данными ИК-спектрометрии, можно констатировать следующие эффекты, соответствующие минеральным соединениям:
Первая диаграмма соответствует термограмме боксита СТБР шамозит- гематит-бемитового типа. На это указывают эндотермический
эффект с максимумом при 329,28 оС – обезвоживание гидроксидов железа (гетит), находящихся в боксите согласно их генезису, эндотермический эффект при 555,02 оС свидетельствует процессу обезвоживания бемита.
Вторая диаграмма соответствует пробе свидетеля красного шлама, представленной в таблице 3.3 (№5) температура выщелачивания 240оС и концентрации реагента 280 г/л по Na2Oк. Эндотермический эффект при температуре 338,0 оС соответствует обезвоживанию фазы ГАСН- типа канкринит.
Эндотермический эффект при 460,38 оС указывает на появление в структуре красного шлама нового соединения – алюмо-железистого гидрограната, что обусловлено введением дополнительной навески кальция и наличием в боксите минералов, имеющих в составе растворимый Fe3+ (шамозит в растворимой форме) [131].
Известно, что в шамозитах алюминий находится в четверной AlO4 и шестерной координации AlO6. Соотношением этих двух модификаций алюминия, по всей видимости, определяется поведение алюминия в цикле Байра. При преобладании шестерной координации шамозиты инертны к щелочам. Таким образом, в данной партии боксита шамозит находится в активной форме, поэтому из шамозитов в раствор переходит железо в активной форме, что подтверждает выявленные ранее закономерности [121,136,140].
Эндотермический пик 545,00 оС указывает на полиморфные превращения в структуре ГАСН. Также можно наблюдать небольшой экзотермический эффект в районе 650,00 оС, указывающий на сульфатную составляющую ГАСН, что согласуется с данными ИК-спектрометрии в виде спектра поглощения с четким
максимумом 1108,14 см-1 (Рисунок 3.1 - №2).
Однако, исследуя термограмму красного шлама №5, можно указать на то, что фаза АЖГГ имеет четкие очертания, как и на термограмме №2. Дополнительно можно отметить, что пики, обладающие ярко выраженной экзотермической
природой (на графике 3.1 - №5), имеют эндотермические очертания, приписываемые минеральному соединению гидрогранат [139]. Данная информация указывает на увеличение содержания в шламе соединения АЖГГ. Это подтверждается количественным анализом пробы №2 (SiO2 - 12,76%, CaO-3,96%). Дериватограмма №5: SiO2 - 14,29%, CaO - 6,83%. При этом содержание щелочи в пробах особо не отличается: №2 - Na2O=4,10% и №5 - Na2O=4,32%, что также указывает на увеличение содержания АЖГГ.
Аналогично было исследовано воздействие на процесс образования малоглиноземистых соединений повышенной температуры при совместном выщелачивании «Боксит + спек + СаО» и «Боксит + пыль электрофильтров + СаО». При помощи ИК-спектроскопии и ДТА (дифференциального термического анализа) Рисунок 3.3 и Рисунок 3.4.
Рисунок 3.3 – ИК-спектрограммы красных шламов: 1 – СТБР + 2%СаО (232оС), 2 – СТБР + 20% 3-х компонентный спек + 2% СаО (232оС), 3 – СТБР + 20% 3-х компонентный спек + 2% СаО (260оС), 4 – СТБР + 20% 3-х компонентный спек + 2% СаО (280оС)
Рисунок 3.4 – Дифференциально-термический анализ красных шламов: 1 –
СТБР + 2% СаО (232оС), 2 – СТБР + 20% 3-х компонентный спек + 2% СаО (232оС), 3 – СТБР + 20% 3-х компонентный спек + 2%СаО (260оС), 4 – СТБР + 20% 3-х компонентный спек + 2%
СаО (280оС)
Результаты предоставлены для проб шламов после совместного выщелачивания боксита СТБР и спеков трех компонентой шихты, с учетом описанных выше экспериментов везде в сравнении с показанными выше пробами шлама №2 (Рисунок 3.1, 3.2).
Сравнивая данные спектров поглощения 1-4 (Рисунок 3.3), также наблюдаются две характеристические полосы с максимумами 624,96 см-1 и 681,86 см-1, соответствующие валентным колебаниям Fe-O, связей железо-кислородных тетраэдров Fe3+O4, входящих в структуру алюможелезистых гидрогранатов.
Расщепление в спектре №2 полосы ортосиликат-иона [SiO]4- в районе 1000- 900 см-1 косвенно указывает на присутствие в красных шламах АЖГГ, что согласуется с данными ДТА (Рисунок 3.4). Однако усиление спектров поглощения в зависимости от температуры и исчезновение спектра поглощения с максимумом 1034,36 см-1 у кривых № 3 и № 4 (температуры 260 и 280оС, соответственно) косвенно указывает на перестройку химических связей ГАСН. Это также согласуется с данными ДТА (Рисунок 3.4).
Анализируя термограммы образцов (Рисунок 3.4) и сопоставляя с данными Ик-спектрометрии, можно наблюдать термоэффекты, соответствующие следующим минеральным соединениям:
Первая диаграмма аналогична термограмме №2 на рисунке 3.2, рассмотренной ранее, как и термограмма №3 – термограмме № 5 рисунка 3.2.
Четвертая термограмма идентична третьей. Эндотермический эффект при температуре 338,0 оС, 334,0 оС, 351,18 оС и 347,70 оС соответствует обезвоживанию соединения ГАСН типа канкринит. Однако, как можно убедиться из сопоставления
термограмм, максимум становится не четким. Данный факт указывает на количественную убыль фазы ГАСНа. Это подтверждается данными ДТГ (дифференциального термогравиметрического анализа), согласно которому количество соединения ГАСН убывает с приближенно 25% в свидетеле №1 до
21% на термограмме №4.
Эндотермический эффект при 460,38 – 464,58оС указывает на появление в структуре красного шлама соединения алюможелезистый гидрогранат, образование которого обусловлено замедлением гидролиза феррита натрия в щелочно-алюминатных растворах, присутствием активного оксида кальция в шихте и разложением двухкальциевого силиката при выщелачивании спека, а также повышением температуры выщелачивания [120,121,136,140].
Анализируя данные качественных методов, мы пришли к выводу, что термическое разложение, деформационное и валентное колебание химических связей соединений, входящих в состав красных шламов, указывают на присутствие минеральных соединений типа алюмо-железистых гидрогранатов (АЖГГ). Таким образом, подтвердились высказанные ранее предположения.
Установлено, что при совместной переработке в цикле Байера спеков УАЗ, БАЗ и ПЭФ совместно с бокситом месторождений Среднего Тимана (СТБР) позволяет увеличить извлечение глинозема в раствор. Показано положительное воздействие высоких температур на качественные характеристики процесса совместного выщелачивания бокситов Тимана со спеком и ПЭФ. Следовательно, пыль электрофильтров можно использовать как дополнительный компонент для совместного выщелачивания с бокситом.
Убрав из системы
Анализируя данные спектров поглощения 3-6 (Рисунок 3.1), можно определить две характеристические полосы с максимумами 624,96см-1 и 681,86см-1, соответствующие валентным колебаниям Fe-O , согласно справочным данным [137]. Эти спектры приписываются валентным колебаниям связей железо- кислородных тетраэдров Fe3+O4, входящих в структуру алюмо-железистых гидрогранатов (АЖГГ). Спектров поглощения в этой области нет в ИК- спекрограммах основных соединений красного шлама (ГАСН, трехкальциевый алюмосиликат, АГГ). В спектрах исходного боксита подобных полос также не наблюдается. Однако в спектрах поглощения №2-свидетеля в указанной выше области частот имеются два нечетких максимума.
Наличие соединений АЖГГ в свидетеле подтверждается данными ДТА (№2, рисунок 3.2). Расщепление в спектрах 5 и 6 полосы валентных колебаний связей ортосиликат-иона [SiO]4- в районе 1000-900см-1 косвенно указывает на присутствие в красных шламах АЖГГ, что согласуется с данными ДТА на Рисунке 3.2.
Анализируя термограммы образцов (Рисунок 3.2) и сопоставляя с данными ИК-спектрометрии, можно констатировать следующие эффекты, соответствующие минеральным соединениям:
Первая диаграмма соответствует термограмме боксита СТБР шамозит- гематит-бемитового типа. На это указывают эндотермический
эффект с максимумом при 329,28 оС – обезвоживание гидроксидов железа (гетит), находящихся в боксите согласно их генезису, эндотермический эффект при 555,02 оС свидетельствует процессу обезвоживания бемита.
Вторая диаграмма соответствует пробе свидетеля красного шлама, представленной в таблице 3.3 (№5) температура выщелачивания 240оС и концентрации реагента 280 г/л по Na2Oк. Эндотермический эффект при температуре 338,0 оС соответствует обезвоживанию фазы ГАСН- типа канкринит.
Эндотермический эффект при 460,38 оС указывает на появление в структуре красного шлама нового соединения – алюмо-железистого гидрограната, что обусловлено введением дополнительной навески кальция и наличием в боксите минералов, имеющих в составе растворимый Fe3+ (шамозит в растворимой форме) [131].
Известно, что в шамозитах алюминий находится в четверной AlO4 и шестерной координации AlO6. Соотношением этих двух модификаций алюминия, по всей видимости, определяется поведение алюминия в цикле Байра. При преобладании шестерной координации шамозиты инертны к щелочам. Таким образом, в данной партии боксита шамозит находится в активной форме, поэтому из шамозитов в раствор переходит железо в активной форме, что подтверждает выявленные ранее закономерности [121,136,140].
Эндотермический пик 545,00 оС указывает на полиморфные превращения в структуре ГАСН. Также можно наблюдать небольшой экзотермический эффект в районе 650,00 оС, указывающий на сульфатную составляющую ГАСН, что согласуется с данными ИК-спектрометрии в виде спектра поглощения с четким
максимумом 1108,14 см-1 (Рисунок 3.1 - №2).
Однако, исследуя термограмму красного шлама №5, можно указать на то, что фаза АЖГГ имеет четкие очертания, как и на термограмме №2. Дополнительно можно отметить, что пики, обладающие ярко выраженной экзотермической
природой (на графике 3.1 - №5), имеют эндотермические очертания, приписываемые минеральному соединению гидрогранат [139]. Данная информация указывает на увеличение содержания в шламе соединения АЖГГ. Это подтверждается количественным анализом пробы №2 (SiO2 - 12,76%, CaO-3,96%). Дериватограмма №5: SiO2 - 14,29%, CaO - 6,83%. При этом содержание щелочи в пробах особо не отличается: №2 - Na2O=4,10% и №5 - Na2O=4,32%, что также указывает на увеличение содержания АЖГГ.
Аналогично было исследовано воздействие на процесс образования малоглиноземистых соединений повышенной температуры при совместном выщелачивании «Боксит + спек + СаО» и «Боксит + пыль электрофильтров + СаО». При помощи ИК-спектроскопии и ДТА (дифференциального термического анализа) Рисунок 3.3 и Рисунок 3.4.
Рисунок 3.3 – ИК-спектрограммы красных шламов: 1 – СТБР + 2%СаО (232оС), 2 – СТБР + 20% 3-х компонентный спек + 2% СаО (232оС), 3 – СТБР + 20% 3-х компонентный спек + 2% СаО (260оС), 4 – СТБР + 20% 3-х компонентный спек + 2% СаО (280оС)
Рисунок 3.4 – Дифференциально-термический анализ красных шламов: 1 –
СТБР + 2% СаО (232оС), 2 – СТБР + 20% 3-х компонентный спек + 2% СаО (232оС), 3 – СТБР + 20% 3-х компонентный спек + 2%СаО (260оС), 4 – СТБР + 20% 3-х компонентный спек + 2%
СаО (280оС)
Результаты предоставлены для проб шламов после совместного выщелачивания боксита СТБР и спеков трех компонентой шихты, с учетом описанных выше экспериментов везде в сравнении с показанными выше пробами шлама №2 (Рисунок 3.1, 3.2).
Сравнивая данные спектров поглощения 1-4 (Рисунок 3.3), также наблюдаются две характеристические полосы с максимумами 624,96 см-1 и 681,86 см-1, соответствующие валентным колебаниям Fe-O, связей железо-кислородных тетраэдров Fe3+O4, входящих в структуру алюможелезистых гидрогранатов.
Расщепление в спектре №2 полосы ортосиликат-иона [SiO]4- в районе 1000- 900 см-1 косвенно указывает на присутствие в красных шламах АЖГГ, что согласуется с данными ДТА (Рисунок 3.4). Однако усиление спектров поглощения в зависимости от температуры и исчезновение спектра поглощения с максимумом 1034,36 см-1 у кривых № 3 и № 4 (температуры 260 и 280оС, соответственно) косвенно указывает на перестройку химических связей ГАСН. Это также согласуется с данными ДТА (Рисунок 3.4).
Анализируя термограммы образцов (Рисунок 3.4) и сопоставляя с данными Ик-спектрометрии, можно наблюдать термоэффекты, соответствующие следующим минеральным соединениям:
Первая диаграмма аналогична термограмме №2 на рисунке 3.2, рассмотренной ранее, как и термограмма №3 – термограмме № 5 рисунка 3.2.
Четвертая термограмма идентична третьей. Эндотермический эффект при температуре 338,0 оС, 334,0 оС, 351,18 оС и 347,70 оС соответствует обезвоживанию соединения ГАСН типа канкринит. Однако, как можно убедиться из сопоставления
термограмм, максимум становится не четким. Данный факт указывает на количественную убыль фазы ГАСНа. Это подтверждается данными ДТГ (дифференциального термогравиметрического анализа), согласно которому количество соединения ГАСН убывает с приближенно 25% в свидетеле №1 до
21% на термограмме №4.
Эндотермический эффект при 460,38 – 464,58оС указывает на появление в структуре красного шлама соединения алюможелезистый гидрогранат, образование которого обусловлено замедлением гидролиза феррита натрия в щелочно-алюминатных растворах, присутствием активного оксида кальция в шихте и разложением двухкальциевого силиката при выщелачивании спека, а также повышением температуры выщелачивания [120,121,136,140].
Анализируя данные качественных методов, мы пришли к выводу, что термическое разложение, деформационное и валентное колебание химических связей соединений, входящих в состав красных шламов, указывают на присутствие минеральных соединений типа алюмо-железистых гидрогранатов (АЖГГ). Таким образом, подтвердились высказанные ранее предположения.
Установлено, что при совместной переработке в цикле Байера спеков УАЗ, БАЗ и ПЭФ совместно с бокситом месторождений Среднего Тимана (СТБР) позволяет увеличить извлечение глинозема в раствор. Показано положительное воздействие высоких температур на качественные характеристики процесса совместного выщелачивания бокситов Тимана со спеком и ПЭФ. Следовательно, пыль электрофильтров можно использовать как дополнительный компонент для совместного выщелачивания с бокситом.
Убрав из системы