СПОСОБ ПЕРЕРАБОТКИ МЕЛКОДИСПЕРСНОГО КРАСНОГО ШЛАМА
METHOD OF PROCESSING OF FINE RED MUD

Область техники, к которой относится изобретение
Изобретение относится к переработке отходов алюминиевого производства, а более конкретно к способам переработки мелкодисперсного красного шлама на основе оксидов металлов и кремниевых соединений, при которых красный шлам измельчают, после чего производят разделение с помощью магнитного поля на магнитную и немагнитную фракции, и может быть использовано для выделения из красного шлама полезных компонентов: оксидов железа, оксидов титана, оксидов кремния.
Уровень техники
Красный шлам - результат наиболее распространенного в мировой алюминиевой промышленности метода получения алюминия из бокситов, так называемого «способа Байера». В соответствии с этой технологией боксит дробят, а затем размалывают в среде концентрированного щелочного раствора. Для более полного перевода оксида алюминия в раствор процесс выщелачивания осуществляется при небольших количествах извести. В результате получается пульпа, состоящая из раствора алюмината натрия и красного шлама. Затем шлам отделяют от раствора отстаиванием и отправляют на отвал. Основная масса красного шлама состоит из очень мелких частиц (размером 1-10 мкм и даже меньше), которые осаждаются очень медленно.
Шлам имеет сильную щелочную реакцию, а его точный химический состав зависит от используемых в производстве бокситов и особенностей технического процесса. В красный цвет его окрашивает главный компонент - оксид железа (III). Ориентировочный состав красного шлама - оксида железа (40-45%), непереработанные остатки оксида алюминия (10-15%), кремнезем (10-15%), известь (6-10%), аморфный диоксид титана (4-5%), связанный диоксид натрия (5-6%).
Известен способ переработки мелкодисперсного красного шлама на основе оксидов металлов и кремниевых соединений, при котором красный шлам измельчают, после чего производят разделение с помощью магнитного поля на магнитную и немагнитную фракции. См. описание к патенту на изобретение РФ №2528918, опубл. в 2014 году.
Данный способ является наиболее близким по технической сути и достигаемому техническому результату и выбран за прототип предлагаемого изобретения.
Недостатком такого способа является недостаточно высокий выход железосодержащих соединений, связанный с тем, что в красном шламе железосодержащие соединения покрыты оболочкой из кремниевых соединений, которые сложно удалить. Как видно из материалов описания к указанному патенту, выход железосодержащего концентрата 35%, извлечение железа - 54,7%. Эти показатели можно улучшить. Другим недостатком прототипа является сложность самого процесса. Действительно, предложенный способ включает сложную многостадийную переработку.
Раскрытие изобретения
Опирающееся на это оригинальное наблюдение настоящее изобретение главным образом имеет целью предложить способ переработки мелкодисперсного красного шлама на основе оксидов металлов и кремниевых соединений, позволяющий, по меньшей мере, сгладить один из указанных выше недостатков, а именно обеспечить упрощение способа при одновременном повышении эффективности переработки красного шлама, а именно повышении выхода оксидов железа, что и является решаемой технической задачей.
Для достижения этой цели измельчение производят с одновременным разделением красного шлама на составные части путем пропускания красного шлама через дезинтегратор с вращающимся электромагнитным полем, с частотой вращения в диапазоне от 110 до 130 Гц и напряженностью от 100 до 160 А/м, разделяющим частицы красного шлама на оксиды металлов и оксиды кремния. После этого отводят воду. Сухой остаток подают на разделение с помощью магнитного поля на магнитную и немагнитную фракции.
Благодаря данным выгодным характеристикам появляется возможность произвести разделение красного шлама на оксиды железа и на оксиды кремниевых соединений вращающимся электромагнитным полем. За счет того, что оксиды железа будут увлекаться вращающимся электромагнитным полем, они будут являться мелющим телом. В результате множественного соприкосновения между собой частиц красного шлама будет происходить их перетирание и мелкое дробление, в результате чего оксиды железа разделятся с оксидами кремниевых соединений.
Параметры вращения, которые находятся в диапазоне от 110 до 130 Гц, и параметры напряженности, которые находятся в диапазоне от 100 до 160 А/м, выбраны экспериментально в результате опытов и соответствуют оптимальным диапазонам, которые обеспечивают наилучший результат разделения красного шлама на оксиды железа и на оксиды кремниевых соединений.
Существует еще один вариант изобретения, в котором измельчение с одновременным разделением красного шлама на составные части производят путем пропускания красного шлама через четное количество последовательно расположенных узлов дезинтегратора, создающих вращающиеся магнитные поля, причем направление вращения магнитного поля каждого последующего узла имеет противоположное направление по сравнению с направлением вращения магнитного поля предыдущего узла.
Благодаря данной выгодной характеристике появляется возможность улучшения процентного содержания полезного продукта в обработанном красном шламе за счет многоступенчатости процесса.
Существует еще один вариант изобретения, в котором сухой остаток подают на блок гидроциклонов для выделения поликремниевой кислоты.
Благодаря данной выгодной характеристике появляется возможность Дополнительного выделения из красного шлама поликремниевой кислоты, которая является полезным компонентом - продуктом для получения жидкого стекла.
Существует еще один вариант изобретения, в котором перед измельчением с одновременным разделением красного шлама на составные части красный шлам нагревают до температуры 120-180°С.
Благодаря данной выгодной характеристике появляется возможность дополнительного повышения эффективности переработки красного шлама за счет увеличения процентного содержания выхода оксидов железа.
Совокупность существенных признаков предлагаемого изобретения неизвестна из уровня техники для устройств аналогичного назначения, что позволяет сделать вывод о соответствии критерию «новизна» для изобретения.
Другие отличительные признаки и преимущества изобретения ясно вытекают из описания, приведенного ниже для иллюстрации и не являющегося ограничительным, со ссылками на прилагаемый чертеж, на котором схематично изображены этапы переработки мелкодисперсного красного шлама на основе оксидов металлов и кремниевых соединений согласно изобретению.
Осуществление изобретения
Процесс переработки мелкодисперсного красного шлама на основе оксидов металлов и кремниевых соединений выглядит следующим образом. (Приводится неограничивающий применения изобретения пример переработки мелкодисперсного красного шлама на основе оксидов металлов и кремниевых соединений согласно чертежу (фигуре 1)).
Этап 1. Отходы алюминиевого производства подают от бункера-накопителя по конвейеру, где их подогревают до 120-180°С, а лучше всего до 150°С.
Этап 2. Далее их подают в дезинтегратор, где электромагнитное поле вращается, например, по часовой стрелке.
При этом на отходы воздействуют следующие процессы:
- магнитострикция;
- электромагнитное воздействие;
- ультразвуковое воздействие;
- механическое воздействие для магнитных полей.
С учетом того, что в отходах алюминиевого производства содержится более 45% оксидов железа, то во вращающемся электромагнитном поле частички оксидов железа будут выполнять роль элементов, освобождающих частицы отходов от оксидов кремния, в частности от метакремниевой кислоты.
Этап 3. После прохождения первого дезинтегратора отходы сразу подают во второй дезинтегратор, где электромагнитное поле вращается в другом направлении (против часовой стрелки). В результате перетирания частиц между собой резко усиливается, и мелкодисперсные частицы отходов полностью освобождаются от налета оксидов кремния, в частности от метакремниевой кислоты.
Этап 4. Пары воды из состава оксидов кремния, в частности метакремниевой кислоты, покрывающей частицы отходов, отводят на конденсацию.
Этап 5. Дезинтегрированные отходы отводят на магнитную сепарацию для разделения на полезные компоненты.
Этап 6. Сухой остаток подают на блок гидроциклонов для выделения поликремниевой кислоты.
Промышленная применимость.
Предлагаемый способ переработки мелкодисперсного красного шлама на основе оксидов металлов и кремниевых соединений может быть осуществлен специалистом на практике и при осуществлении обеспечивает реализацию заявленного назначения, что позволяет сделать вывод о соответствии критерию «промышленная применимость» для изобретения.
Описанный способ переработки мелкодисперсного красного шлама на основе оксидов металлов и кремниевых соединений реализуется на базе традиционных технологий, и возможность его осуществления не связана с какими-либо дополнительными техническими проблемами.
Заявленный способ испытан в условиях лаборатории физико-химических проблем ООО НПФ "МАШГЕО". Из красного шлама хранилища №8 Несмель, Венгрия, содержащего, %:
Fe<sub>2</sub>O<sub>3</sub>
46,4
AL<sub>2</sub>O<sub>3</sub>
10,2
SiO<sub>2</sub>
16,5
TiO<sub>2</sub>
7,2
получен концентрат содержащий, %:
Fe<sub>2</sub>O<sub>3</sub>
74,2
AL<sub>2</sub>O<sub>3</sub>
3,5
SiO<sub>2</sub>
4,1
TiO<sub>2</sub>
14,3
Таким образом, можно констатировать, что достигнут технический результат, а именно упрощение способа при одновременном повышении эффективности переработки красного шлама, а именно повышении выхода оксидов железа.
Дополнительным полезным техническим результатом заявленного изобретения является то, что данный способ переработки мелкодисперсного красного шлама обеспечивает
увеличение выхода двуокиси титана;
увеличение выхода других редкоземельных металлов, а также
получение тепла для частичного восполнения собственных потребностей;
получение сырья для стройматериалов и строительства дорог.