Способ переработки бокситов
BAUXITE PROCESSING METHOD

Изобретение относится к области цветной металлургии и может быть использовано при переработке бокситов в целях повышения полноты (комплексного) использования бокситовой руды с извлечением основных макрокомпонентов – алюминия и железа.
Известен способ переработки бокситов, который включает в себя автоклавное выщелачивание «сырой» пульпы, полученной путем добавления в боксит оборотного раствора и обожженной при температуре 1200-1300°С извести в количестве 12-14 масс.% от массы боксита. Выщелачивание осуществляют при соотношении жидкое:твердое, равном 3.0÷3.5:1, давлении 30-32 атм и температуре 230-235°С в течение 2-2,5 часов. При этом степень извлечения алюминия в раствор достигала 94%. (RU2707223, МПК C01F7/06 C01F7/14 C22B3/12, 2019год).
2
3
Недостатком способа является переведение в красный шлам, отход производства бокситов, соединений железа в форме FeO(гематит) и FeO(OH) (гетит), не обладающих магнитными свойствами, что делает невозможным разделение железосодержащих фаз и алюмосиликатных фаз, и, как следствие, невозможность повышения полноты использования глиноземной руды.
2
3
3
4
Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому способу является способ переработки бокситов с получением магнетита, в котором в качестве активного реагента для конверсии гематита (FeO) в магнетит (FeO) с одновременным проведением процесса выщелачивания алюминия в раствор используется порошок металлического железа в количестве до 10 масс.% от количества боксита. При этом извлечение алюминия в раствор составляет до 99%, а степень конверсии гематита в магнетит до 60% (Transformation of hematite in diasporic bauxite during reductive Bayer digestion and recovery of iron Xiao-bin Li, Yi-lin Wang, Qiu-sheng Zhou, Tian-gui Qi, Gui-hua Liu, Zhi-hong Peng, Hong-yang Wang Trans. Nonferrous Met. Soc. China 27(2017) 2715−2726) (прототип).
К недостаткам способа следует отнести высокую температуру процесса 270°С, которая трудно реализуется в условиях промышленного производства, а также относительно невысокую степень конверсии гематита в магнетит.
Таким образом, перед авторами стояла задача разработать  способ переработки бокситов, обеспечивающий наряду с высоким извлечением алюминия в раствор одновременное переведение гематита в магнетит, что позволит получать красный шлам с высоким содержанием магнетита, обладающего высокими магнитными свойствами, и в дальнейшем даст возможность отделения железосодержащей фракции и алюмосиликатов с использованием магнитной сепарации.
Поставленная задача решена в способе переработки бокситов путем автоклавной обработки пульпы в присутствие гидроксида натрия и активного агента, в котором в качестве активного агента используют механическую смесь порошков металлов, состоящую, %: железо – 49-51; алюминий – 24-26; магний – 24-26; в количестве 15-20 мас.% от массы боксита и автоклавную обработку осуществляют при соотношении Ж:Т, равном 8÷9:1, давлении 15÷16 МПа и температуре 210÷220°С, после чего пульпу охлаждают до 70÷100°С и добавляют дистиллированную воду при температуре 80÷90°С до получения Ж:Т, равным 17÷18:1, перемешивают, охлаждают и фильтруют.
В настоящее время из патентной и научно-технической литературы не известен способ переработки бокситов путем автоклавной обработки в заявленных пределах технологических параметров в присутствии смеси порошком металлов железа, алюминия и магния.
2
3
2
3
Более 95% бокситов в промышленности перерабатывается способом Байера, при этом содержание гематита (FeO) нередко составляет 80-90% от общего содержания железа в боксите. В процессе выщелачивания соединения железа переходят в красный шлам, отход производства процесса Байера. Таким образом, красный шлам содержит соединения железа в форме FeO(гематит) и FeO(OH)(гетит), которые не обладают магнитными свойствами, что делает невозможным разделение железосодержащих фаз и алюмосиликатных фаз.   Поэтому перспективной является переработка бокситов с получением красных шламов, содержащих железо в минералах с сильными магнитными свойствами (магнетита, маггемита), что облегчит его последующее отделение от немагнитных фаз. Исследования, проведенные авторами, позволили разработать способ переработки бокситов, обеспечивающий наряду с высоким извлечением алюминия в раствор одновременное переведение гематита в магнетит в более “мягких” условиях, чем в известном способе-прототипе. Так, предлагаемые авторами условия исключают для интенсификации процесса необходимость, во-первых, использования стальных шаров, помещенных в реакционную емкость, во-вторых, погружение автоклава в ячейку с расплавленным нитратом. При этом процесс, проводимый при более низкой температуре, обеспечивает более высокий процент конверсии гематита в магнетит. Известный способ-прототип и предлагаемый способ основаны на способности гематита к восстановлению до магнетита в присутствии водорода. В известном способе получение водорода обеспечивается взаимодействием железа с водным раствором щелочи. Исследования, проведенные авторами, позволили выявить, что процесс образования водорода значительно интенсифицируется при использовании в качестве активного агента смеси порошков, состоящей из железа, алюминия и магния. По-видимому, это связано с тем, что алюминий, магний и железо имеют разную активность в щелочной среде при повышенной температуре и давлении  начинают взаимодействовать со щелочью в разные интервалы времени и с разной скоростью. Самой высокой активностью обладает магний, при взаимодействии которого с водой выделяется водород, который в свою очередь уже запускает реакцию восстановления  железа. Далее при повышении температуры и давления начинает протекать реакция взаимодействия алюминия со щелочью также с выделением водорода. В последнюю очередь при максимальной температуре и давлении начинается реакция взаимодействия железа со щелочью. Таким образом,  выделение водорода и дальнейшее восстановление гематита происходит не реактивно, а постепенно на протяжении всего процесса, что обеспечивает повышение степени перехода гематита в магнетит. Причем экспериментальным путем установлено, что использование в качестве активного агента каждого металла по отдельности не обеспечивает повышение степени перехода гематита в магнетит, и только использование смеси порошков металлов в предлагаемом диапазоне их содержания обеспечивает синергетический эффект – повышение степени перехода гематита в магнетит  параллельно с процессом выщелачивания.  Наряду с созданием благоприятных условий для перехода гематита в магнетит  необходимо было, чтобы эти условия не оказали отрицательного воздействия на степень перехода алюминия в раствор в процессе выщелачивания. В связи с чем, исследования авторов были направлены на определение совокупности технологических параметров процесса, обеспечивающих высокий процент перехода алюминия в раствор наряду с высоким процентом перехода гематита в магнетит. Так, при проведении автоклавной обработки при температуре ниже 210°С и давлении ниже 15МПа приводит к снижению извлечения алюминия в раствор. При повышении температуры выше 220°С и давлении выше 16 МПа процесс становится взрывоопасным за счет повышения реактивности прохождения реакции взаимодействия металлов со щелочью. При соотношении Ж:Т меньше, чем 8:1, наблюдается снижение растворимости алюминия и натрия за счет повышение вязкости автоклавной пульпы. Кроме того, ухудшаются условия восстановления железа, и снижается степень перехода гематита в магнетит.  При соотношении Ж:Т больше, чем 9:1, ведет к излишнему расходу щелочи. Введение смеси порошков металлов менее 15 мас.% ведет к снижению степени перехода гематита в магнетит за счет недостаточного количества получаемого водорода. Введение смеси порошков металлов более 20 мас.% ведет к перерасходу исходного порошка.
2
3
2
3
2
2
хим
шл
б
б
шл
б
б
2
3
2
3
шл
шл
2
3
2
3
3
4
2
3
2
Предлагаемый способ может быть осуществлен следующим образом. Боксит состава, масс.%: FeO-28,59; AlO-61,24; SiO– 3,45, TiO – 1,98, CaO – 4,48 помещают в автоклав, туда же помещают 30%-ный раствор NaOH при соотношении Ж:Т равном 8,0÷9,0:1 и порошок смеси металлов, содержащей,%:  Fe-49-51, Al-24-26, Mg-24-26, в количестве 15-20 мас.% от массы боксита. Автоклавную обработку проводят при температуре 210-220°С, давлении 15-16 МПа в течение 1 часа. После выщелачивания пульпу охлаждают до 70-100°C, добавляют дистиллированную воду при температуре 80÷90°С  до получения Ж:Т=17÷18:1, перемешивают, охлаждают и фильтруют. Проводят химический анализ алюминатного раствора с целью определения содержания алюминия, натрия и железа. Степень извлечения глинозема в раствор определяют по формуле: В= 1-(А*F/А*F)*100, где А и F – содержание AlO и FeO в боксите, % и А и F – содержание AlO и FeO в шламе, масс.%. По данным химического и рентгенофазового анализа конечный продукт, полученный красный шлам, содержит 57-66 % общего железа преимущественно в виде магнетита FeO, не более 8 масс.% AlO и не более 0,3 масс.% NaO.
Предлагаемый способ переработки боксита иллюстрируется следующими примерами.
2
3
2
3
2
2
3
4
2
3
2
3
3
Пример 1. Берут 10,0 г сухого боксита химического состава, %: FeO-28,59; AlO-61,24; SiO– 3,45, TiO – 1,98, CaO – 4,48, помещают в автоклавную установку (Parr 4560, США, объемом 450 см, скорость перемешивания 100 об/мин). Туда же помещают 0,100 дм 30%- го раствора щелочи NaOH при соотношении Ж:Т=8:1; и 2,0 г смеси металлов, содержащей,%:  Fe-49, Al-26, Mg-25 , что соответствует 20 мас. % от массы взятого боксита. Автоклавную обработку проводят при температуре 220°С, давлении 15 МПа в течение 1часа. После выщелачивания пульпу охлаждают до 70°C, затем добавляют дистиллированную воду при температуре 80°С  до получения Ж:Т=17:1, перемешивают, охлаждают и фильтруют. Проводят химический и рентгенофазовый анализ  полученных продуктов. По данным химического анализа степень извлечения глинозема в раствор составляет 95%, а красный шлам содержит 66,2% общего железа, в том числе в фазе магнетита FeO 65,1%, содержание AlO составляет 6,32 %; NaO – 0,3 %.
2
3
2
3
2
2
3
4
2
3
2
3
3
Пример 2. Берут 10,0 г сухого боксита химического состава, %: FeO-28,59; AlO-61,24; SiO– 3,45, TiO – 1,98, CaO – 4,48, помещают в автоклавную установку (Parr 4560, США, объемом 450 см, скорость перемешивания 100 об/мин). Туда же помещают 0,100 дм 30%- го раствора щелочи NaOH при соотношении Ж:Т=9:1; и 1,5 г смеси металлов, содержащей,%:  Fe-51, Al-24, Mg-25, что соответствует 15 мас. % от массы взятого боксита. Автоклавную обработку проводят при температуре 220°С, давлении 16 МПа в течение 1часа. После выщелачивания пульпу охлаждают до 100°C, затем добавляют дистиллированную воду при температуре 90°С до получения Ж:Т=18:1, перемешивают, охлаждают и фильтруют. Проводят химический и рентгенофазовый анализ  полученных продуктов. По данным химического анализа степень извлечения глинозема в раствор составляет  94%, а красный шлам (магнетитовый концентрат) содержит  69,8 % общего железа, в том числе в фазе магнетита FeO 66,5 % , содержание AlO составляет 7,99 %; NaO – 0,3 %.
Таким образом, авторами предлагается способ переработки бокситов, обеспечивающий наряду с высоким извлечением алюминия в раствор одновременное переведение гематита в магнетит, что позволит получать красный шлам с высоким содержанием магнетита, обладающего высокими магнитными свойствами, и в дальнейшем даст возможность разделения  железосодержащей фракции и алюмосиликатов с использованием магнитной сепарации.  При этом процесс проводится в одну стадию при пониженных значениях температуры и давления.