СПОСОБ ПЕРЕРАБОТКИ КРАСНЫХ ШЛАМОВ ГЛИНОЗЕМНОГО ПРОИЗВОДСТВА
PROCESSING METHOD OF RED MUDS OF ALUMINA INDUSTRY

Изобретение относится к цветной металлургии, а именно к комплексной переработке красных шламов глиноземного производства.
Известен способ переработки красных шламов глиноземного производства, включающий восстановительный обжиг красного шлама в присутствии восстановителя (уголь или коксик) при температуре 700-800°C, магнитную сепарацию при напряженности магнитного поля 80-100 кА/м обожженного материала с получением железосодержащего концентрата и алюмокальциевого продукта, из которого далее получают скандий содержащий концентрат известными методами (Сабирзянов Н.А., Яценко С.П. - Гидрохимические способы комплексной переработки боксита - Екатеринбург, УрО РАН, 2006 г., стр. 217-218).
Недостатки известного способа прежде всего связаны со сложностью и многостадийностью технологического процесса комплексной переработки красных шламов, обусловленных прежде всего применением на первоначальной стадии высокотемпературного обжига.
Известен способ извлечения редкоземельных металлов, скандия и иттрия из красных шламов глиноземного производства, заключающийся в том, что красные шламы в виде пульпы с содержанием твердого до 50% разделяют по плотности в центробежном поле при ускорении 40-100 м/с, расходе сжижающей воды 3-10 л/мин, на «тяжелую» и «легкую» фракцию, из которой далее методом магнитной сепарации при напряженности магнитного поля 400-1600 кА/м извлекают редкоземельный концентрат (патент РФ 2147622, C22B 59/00, C22B 7/00).
К недостаткам способа относятся следующие:
2
3
- недостаточно высокий выход железосодержащего концентрата, имеющего хотя и высокое содержание FeO, равное 65-70%, но выход составляет лишь 8-10%;
- невысокое извлечение оксида скандия в концентрат (содержание ~0,030% или 300 г/т), составляющее ~10%.
Наиболее близким по технологической сущности, совокупности признаков и достигаемому техническому результату является способ переработки красных шламов глиноземного производства, включающий извлечение и концентрирование ценных компонентов методами классификации и магнитной сепарации (а.с. СССР 1715874, C22B 59/00, C01F 7/02).
Способ заключается в следующем.
2
4
2
3
2
3
Исходную шламовую пульпу подвергают классификации по классу частиц размером 40-60 мкм, пульпу частиц размером менее 40-60 мкм (в среднем, 50 мкм) подкисляют минеральными кислотами (HCl или HSO) до значений pH 1,5-4,0, выдерживают при полученных значениях pH и перемешивании 10-15 мин для разрушения агломератов минеральных частиц и затем при отношении Т:Ж=1:6 подвергают магнитной сепарации при напряженности магнитного поля 40-80 кА/м. Магнитный продукт, выход которого составляет 4,0-7,0 мас.%, представляет собой обогащенный по оксидам железа и скандия концентрат - содержание FeO и ScO соответственно, в среднем, 70,0% и 0,035%. При среднем выходе магнитного концентрата 5,5 вес.% извлечение ценных компонентов из исходного красного шлама составляет соответственно ~18% и 15,5%.
Недостаток известного способа - невысокая степень комплексного использования красного шлама, обусловленная низкими степенями извлечения ценных компонентов в целевые продукты.
Технический результат изобретения - обеспечение условий повышения степени использования красного шлама, выражающееся в увеличении степени извлечения ценных компонентов - оксида железа и скандия - в целевые продукты.
Данная цель достигается способом переработки красных шламов глиноземного производства, который включает в себя получение шламовой пульпы, извлечение и концентрирование ценных компонентов на основе комбинации методов классификации и мокрой магнитной сепарации и отличается от ранее известного способа тем, что выделенную при первоначальной классификации исходной пульпы красного шлама тонкозернистую фракцию подвергают виброкавитационной обработке с последующей мокрой магнитной сепарации при определенных значениях напряженности магнитного поля с разделением на магнитный и немагнитный продукты и далее дополнительной классификацией магнитного продукта с получением соответственно железосодержащего и скандийсодержащего концентратов.
Вышеперечисленная совокупность отличительных признаков обеспечивает получение технического результата, заключающегося в повышении степени комплексности переработки красного шлама за счет увеличения степени извлечения ценных компонентов - оксидов железа и скандия - в целевые продукты.
Пример
3
3
3
2
3
2
3
2
3
20,0 дм производственной пульпы красного шлама, содержащей 6,0 кг твердой фазы состава, мас.% - 43,0 FeO и 0,010 ScO - подвергают ситовой классификации по классу частиц размером 50 мкм. Нижний промпродукт - пульпу частиц размером менее 50 мкм, содержащую 5,2 кг твердой фазы состава, мас.%: 47,0 FeO и 0,012 ScO - подвергают обработке в виброкавитационной мешалке при значении окружной скорости ротора перемешивающего устройства ω=50,0 м/с в течение 20 мин. Далее пульпу направляют на магнитную сепарацию в электромагнитном кассетном фильтр-сепараторе при напряженности (Н) магнитного поля 700 кА/м с разделением на магнитный и немагнитный промпродукты с выходом (η) соответственно 25,0 и 75,0%.
2
3
2
3
Пульпа магнитного продукта, содержащего 1,25 кг твердой фазы (61,4% FeO и 0,018 ScO), и имеющая Т:Ж=1:5, направляется на классификацию по классу частиц размером 20 мкм.
2
3
Пульпа нижнего промпродукта - частицы размером менее 20 мкм - фильтруется, осадок сушится при температуре 110-120°C в течение 2 часов с получением скандийсодержащего концентрата, содержащего 0,040% ScO; выход концентрата 5,0% от количества исходного КШ (фракция - 50 мкм).
2
3
Продукт - частицы размером более 20 мкм - представляет (после фильтрации и сушки) железосодержащий концентрат (60,0% FeO) с выходом 80,0% от количества магнитного продукта и/или соответственно 20,0 вес.% от количества исходного КШ (фракция - 50 мкм).
Извлечение оксидов железа и скандия в целевые продукты соответственно 27,5% и 19%.
В табл.1-3 приведены результаты опытов по комплексной переработке красного шлама при осуществлении технологического процесса согласно заявляемого изобретения, а также при выходе за оптимальные пределы параметров.
В табл.1 приведены результаты опытов при осуществлении процесса в оптимальном режиме виброкавитационной обработки пульпы тонкозернистой фракции при прочих равных условиях в целом:
- напряженность (Н) магнитного поля 700 кА/м. Извлечение ценных компонентов сосчитано сквозное, т.е. от содержания в исходном красном шламе и с учетом выхода тонкозернистой фракции (- 50 мкм).
Таблица 1
Результаты опытов при осуществлении процесса в оптимальном режиме виброкавитационной обработки шламовой пульпы при прочих равных условиях
№ опытов
Параметры обработки
Выход магнитного продукта, %
Содержание в МП, мас.%
Извлечение компонентов, %
ω, м/с
τ, мин
Fe<sub>2</sub>O<sub>3</sub>
Sc<sub>2</sub>O<sub>3</sub>
Fe<sub>2</sub>O<sub>3</sub>
Sc<sub>2</sub>O<sub>3</sub>
при оптимальном режиме
1
50
20
22,7
63,5
0,020
26,0
32,5
2
65
20
25,0
61,4
0,018
27,5
32,0
3
80
20
27,0
57,0
0,015
27,3
29,0
4
65
15
23,6
58,5
0,017
23,5
28,0
5
65
25
22,5
60,0
0,016
24,0
25,0
при выходе за оптимальные пределы параметров
6
40
20
18,5
52,0
0,014
17,0
18,6
7
90
15
16,5
57,0
0,016
17,4
19,0
8
65
10
19,4
50,0
0,013
17,7
18,0
9
65
30
17,7
54,5
0,015
17,3
19,0
Таким образом, как видно из табл.1, оптимальными условиями виброкавитационной обработки пульпы тонкодисперсной фракции (частицы размером менее 50 мкм), обеспечивающие при прочих равных условиях напряженность магнитного поля 700 кА/м, достижение требуемого технического результата, увеличение степени повышения извлечения ценных компонентов - оксидов железа и скандия - в целевые продукты - существенно выше, чем у известного способа (прототипа), являются следующие (оп.1÷5): значение окружной скорости (ω) ротора при перемешивании 50-80 м/с и продолжительность обработки 15-25 мин.
При выходе за оптимальные пределы параметров:
2
3
- снижение окружной скорости ω до 40 м/с (оп.6) или продолжительности обработки до 10 мин (оп.8) приводит не только к снижению выхода (η) магнитного продукта до ~19,0%, но и к существенному снижению содержания в последнем оксида железа - до, в среднем, ~51,0%, что обуславливает снижение извлечения FeO до ~17,5%, т.е. на уровне величины, получаемой по известному способу. Это связано с недостаточностью разрушения агрегатов железосодержащих магнитных частиц с немагнитными частицами минералов «пустой породы» (гидроалюмосиликаты натрия и гидрогранаты кальция);
2
2
2
3
- увеличение окружной скорости ω до 90 м/с (оп.7) и/или продолжительности обработки 30 мин (оп.9) снижает выход магнитного продукта до ~17,0% в среднем, а следовательно, и извлечение FeO до значения ~17,0%, т.е. меньше такового в известном способе. Это связано с переизмельчением частиц гематита (FeO) при виброкавитационной обработке в сверхинтенсивном режиме, что снижает значение магнитной восприимчивости данного основного железосодержащего минерала в красном шламе.
В табл.2 приведены результаты проведения технологического процесса в оптимальном режиме магнитной сепарации при прочих равных условиях первоначальной виброкавитационной обработки: значение окружной скорости ω=65 м/с и продолжительности 20 мин.
Таблица 2
Результаты опытов при осуществлении процесса в оптимальном режиме магнитной сепарации при прочих равных условиях
№ опытов
Напряженность магнитного поля, кА/м
Выход магнитного продукта, %
Содержание компонентов, %
Извлечение компонентов, %
Fe<sub>2</sub>O<sub>3</sub>
Sc<sub>2</sub>O<sub>3</sub>
Fe<sub>2</sub>O<sub>3</sub>
Sc<sub>2</sub>O<sub>3</sub>
при оптимальном режиме
1
600
21,5
63,5
0,017
25,0
26,5
2
700
25,0
61,4
0,018
27,5
32,0
3
800
27,4
56,5
0,016
28,4
31,5
при выходе за оптимальные пределы параметров
4
500
16,5
58,0
0,019
17,5
22,5
5
900
28,5
50,5
0,013
26,3
-
Как видно из табл.2, оптимальными условиями магнитной сепарации виброобработанной шламовой пульпы, обеспечивающими достижение требуемого технического результата: повышение комплексности использования красного шлама за счет увеличения степени извлечения ценных компонентов - оксидов железа и скандия в целевые продукты, являются значения напряженности магнитного поля (оп.1÷3) 600-800 кА/м.
При выходе за оптимальные пределы параметров процесса магнитной сепарации:
2
3
2
3
- за нижний предел - Н=500 кА/м (оп.4) наблюдается снижение выхода магнитного продукта до 16,5%, что обуславливает с одной стороны весьма низкую степень извлечения FeO (слабомагнитного гематита), равную 17,5%, так и низкую концентрацию оксида скандия, равную 0,019%, что значительно ниже содержания ScO в целевом продукте по известному способу (~0,035%). Последнее связано с недоизвлечением при пониженной напряженности магнитного поля Sc-содержащего слабомагнитного минерала - шамозита;
2
3
2
3
2
3
2
3
2
3
- за верхний предел - Н=900 кА/м (оп.5) наблюдается эффект значительного снижения содержания ценных компонентов в магнитном продукте, особенно оксида скандия - до 0,013% ScO, что фактически находится на уровне содержания в исходной тонкодисперсной (частицы размером менее 50 мкм) фракции - 0,012%, т.е. концентрирования ценного компонента практически нет. Это связано с извлечением в магнитный продукт при повышенных значениях напряженности магнитного поля других содержащихся в красном шламе слабомагнитных минералов, в частности алюмокальций-железистые гидрогранаты, содержащие FeO и ScO соответственно ~25-30% FeO и ~0,005% ScO, что в значительной степени разубоживает магнитный продукт.
В табл.3 приведены результаты проведения технологического процесса в оптимальном режиме классификации магнитного продукта при прочих равных условиях на предыдущих технологических операциях: виброкавитационной обработке и магнитной сепарации.
Таблица 3
Результаты опытов при осуществлении процесса в оптимальном режиме классификации при прочих равных условиях
№ опытов
Класс частиц, мкм
Выход концентратов, %
Содержание в целевом к-те, %
Извлечение в целевой концентрат, %
Fe-содерж. к-т
Sc-содерж. к-т
Fe<sub>2</sub>O<sub>3</sub> в Fe-сод. к-те
Sc<sub>2</sub>O<sub>3</sub>, в МРК
Fe<sub>2</sub>O<sub>3</sub>
Sc<sub>2</sub>O<sub>3</sub>,
при оптимальном режиме
1
15
18,5
6,5
62,4
0,030
27,0
19,0
2
20
20,0
5,0
60,0
0,040
28,0
20,0
3
25
21,0
4,0
57,0
0,045
27,8
18,0
при выходе за оптимальные пределы параметров
4
10
28,0
3,0
56,0
0,035
28,7
10,5
5
30
17,5
7,5
65,0
0,02
26,5
15,0
Как видно из табл.3, оптимальным условием классификации магнитного продукта является разделение твердой фазы по классу частиц размерами в диапазоне 15-25 мкм, (оп.1÷3) что обеспечивает увеличение степени извлечения ценных компонентов - оксидов железа и скандия - в целевые продукты: соответственно в среднем до 27,0% и 19%.
Выход технологического параметра классификации либо за нижний предел размера частиц (10 мкм - оп.4), либо за верхний предел (30 мкм - оп.5) приводит к существенному снижению степени извлечения оксида скандия в редкометальный концентрат - до уровня ~11-15%, что ниже значения таковой величины в известном способе.
2
2
3
2
2
3
Это связано с извлечением во фракцию - 10 мкм гидроалюмосиликата натрия NaO·AlO·nSiO, содержащегося в красном шламе (магнитном продукте), частицы которого имеют размеры 1÷5 мкм, а во втором случае (оп.5) имеет место увеличение выхода скандийсодержащего концентрата до 7,5% за счет повышения содержания в нем гематита (FeO) - минерала, не содержащего оксид скандия, что существенно снижает содержание последнего (до 0,020%) в целевом продукте.
Итак, только проведение процесса переработки красных шламов глиноземного производства при оптимальных условиях: виброкавитационная обработка пульпы тонкозернистой фракции при значениях окружной скорости 50-80 м/с и продолжительности 15-25 мин, магнитная сепарация при напряженности магнитного поля 600-800 кА/м и классификация магнитного продукта по классу частиц 15-25 мин обеспечивают достижение требуемого технического результата: повышение комплексности переработки красных шламов за счет увеличения степени извлечения ценных компонентов оксидов железа и скандия - в целевые продукты (концентраты) соответственно, в среднем, до 27,5% и 19,0%, или увеличению, по сравнению с известным изобретением (прототипом) соответственно на ~8,5% и 4,0%.