СПОСОБ ИЗВЛЕЧЕНИЯ ЖЕЛЕЗА ИЗ КРАСНОГО ШЛАМА
METHOD FOR EXTRACTING IRON FROM RED SLUDGE

Изобретение относится к металлургии черных металлов и может быть использовано при переработке и утилизации материалов с высоким содержанием железа путем их восстановительного обжига и магнитной сепарации, например, красных шламов, образующихся в процессе производства глинозема с целью наиболее полного извлечения из них железа.
Из уровня техники известен способ извлечения металлов из красного шлама, согласно которому его смешивают с углеродистым восстановителем, полученную смесь прессуют и плавят в диапазоне 1400-1500°С для получения масс железа и шлака, содержащего повышенное количество алюминия и титана, отделяют металлический продукт от шлака, ценные элементы из шлака извлекают путем хлорирования.
Недостатками данного способа являются высокие затраты электроэнергии на процесс плавления, связанные с использованием повышенных температуры и кратности шлака. Кроме того, реализация данного способа приводит к высокому расходу огнеупоров в низкотемпературной области печи, что связано с их эрозией из-за осаждения натрия, содержащегося в красном шламе, который переходит в газовую фазу при высоких температурах [Патент РФ №2567977 от 10.11.2015 г. Гхарда К.X. Способ экстракции металлов из алюминийсодержащей и титансодержащей руды и остаточной породы].
Известен способ переработки красного шлама в двух сообщающихся вращающихся трубчатых печах, где в первой печи происходит восстановление соединений железа красного шлама углеродистым восстановителем, а во второй - разделение восстановленного металла с получением чугуна и пустой породы при повышенных температурах [Леонтьев Л.И, Ватолин Н.А, Шаврин С.В, Шумаков Н.С. Пирометаллургическая переработка комплексных руд - М.: Металлургия, 1997. - 431 с.].
Недостатками данного способа являются низкая производительность процесса, сложность сопряжения этапов восстановления и плавления, повышенное образование настылей во второй печи, связанное с необходимостью поддержания высоких температур и невозможностью получения металлического продукта с низким содержанием углерода.
Известен способ производства железного порошка, включающий окомкование стехиометрической смеси рудных материалов с восстановителем, ее восстановление в вакууме под давлением 0,1-10 мм. рт. ст. в интервале температур 700-1100°С, охлаждение в безокислительной среде, дробление и магнитную сепарацию [Патент СССР №651033 от 05.03.1979. Калинников Е.С., Вертман А.А. Способ производства железного порошка].
Недостатками данного способа являются необходимость создания вакуума, что требует повышенного расхода электроэнергии и использования дополнительного оборудования. Применение хлорида натрия в качестве катализатора восстановления железа, приводит к переходу хлора в газовую фазу, что негативно влияет на стойкость дорогостоящего вакуумного оборудования и может привести к образованию токсичных хлорсодержащих соединений (полихлорированных дибензо-пара-диоксинов и дибензофуранов) в отходящих газах.
Наиболее близким по техническим характеристикам к заявленному способу является способ переработки оксидных железосодержащих материалов, включающий смешивание компонентов исходной шихты, содержащей оксидный железосодержащий материал, углеродистый восстановитель и карбонат кальция, ее восстановительный обжиг в интервале температур 700-1200°С, разделение твердого компонента на железосодержащую и силикатную составляющие пневматическим способом в циклонах, а затем магнитную или электростатическую сепарацию [Патент РФ №2525394 от 10.08.2014. Михеенков М.А. и др. Способ переработки оксидных железосодержащих материалов]
Недостатком данного способа является получение концентратов с содержанием не более 60% железа, что снижает их ценность.
В основу патентуемого способа положена задача вовлечения в хозяйственный оборот двух в настоящее время не используемых в РФ отходов глиноземного производства путем их рециклинга с получением железного концентрата, пригодного для применения в черной металлургии. Предложенный метод отличается тем, что в процессе восстановительного обжига в интервале температур 1150-1300°С и последующей магнитной сепарации утилизируются два отхода глиноземного производства одновременно, а именно красный шлам и сульфатносодовая смесь.
Техническим результатом является повышение степени извлечения железа в концентрат, увеличение содержания железа в концентрате, получение оптимального содержания углерода в концентрате, улучшение разделения железного концентрата и хвостов в ходе магнитной сепарации.
Технический результат достигается тем, что согласно изобретению, способ извлечения железа из красного шлама включает в себя смешение шихты, состоящей из красного шлама и сульфатносодовой смеси в следующем соотношении компонентов, масс. %:
красный шлам
76-87
сульфатносодовая смесь
13-24
окускование, сушку, восстановительный обжиг в интервале температур 1150-1300°С продолжительностью не менее 30 минут с использованием восстановителя в виде коксовой мелочи в количестве не менее 200 кг/т смеси на основе красного шлама, размол обожженного материала и сухую магнитную сепарацию, что позволяет получить оптимальные условия для восстановления железосодержащих фаз и роста частиц восстановленного железа.
Заявляемые пределы соотношения компонентов установлены экспериментальным путем. При использовании менее 13% сульфатносодовой смеси отделение железа после восстановительного обжига в интервале температур 1150-1300°С и последующей магнитной сепарации не происходит или незначительно. При использовании более 24% значительно ухудшаются показатели магнитной сепарации из-за сульфидирования части железа. Расход коксовой мелочи должен составлять не менее 200 килограмм на 1 тонну смеси для полного восстановления соединений железа красного шлама. При меньшем расходе коксовой мелочи восстановление железа является неполным, что приводит к низким показателям магнитной сепарации.
Способ осуществляется следующим образом. Вначале красный шлам и сульфатносодовую смесь сушат в печи при температурах 100-300°С. Затем высушенные отходы смешивают и окусковывают в окомкователе или брикетируют. В качестве восстановителя используют коксовую мелочь, которую добавляют в шихту в нужном количестве. Процесс восстановительного обжига проводят в интервале температур 1150-1300°С длительностью не менее 30 минут. Обожженный красный шлам дробят, измельчают и направляют на магнитную сепарацию. Проводят сухую магнитную сепарацию с силой магнитной индукции 0,35 Тл для получения магнитного железного концентрата и немагнитных хвостов. После обжига при температуре менее 1150°С и измельчения магнитное разделение не происходит или незначительно из-за слишком малого размера частиц (менее 40 мкм) восстановленного железа и их срастания с пустой породой, а при температурах более 1300°С наблюдаются негативные явления, связанные со значительным оплавлением шихты, а именно слипание восстановленных гранул между собой и растекание, что приводит к увеличению затрат на измельчение полученных гранул и технологическим трудностям в процессе восстановления. При времени обжига менее 30 минут в ходе последующей магнитной сепарации степень извлечения и содержание железа в концентрате недостаточно высоко.
Способ также реализуется в две стадии. На первой стадии нагрева восстановительный обжиг проводят при температуре 1000-1100°С в течение не менее 30 минут для восстановления железа. На второй стадии повышают температуру до 1250-1300°С и выдерживают в течение 10-20 минут для коагуляции частиц восстановленного железа до размеров более 40 мкм. При использовании температуры первой стадии менее 1000°С степень восстановления железа незначительна. При температуре второй стадии менее 1250°С содержание железа в концентрате слишком мало, а при температуре выше 1300°С наблюдаются негативные явления, связанные со значительным оплавлением шихты. После выдержки менее 10 минут на второй стадии показатели магнитной сепарации достаточно низкие из-за недостаточной степени коагуляции частиц железа, а после выдержки более 20 минут показатели магнитной сепарации ухудшаются.
Возможна реализация метода как в одну стадию обжига, так и в две стадии с использованием мокрой магнитной сепарации при степени измельчения обожженного продукта менее 0,1 мм и величине магнитной индукции в интервале 0,03-0,25 Тл. При увеличении крупности помола обожженного продукта выше этого предела показатели магнитной сепарации значительно ухудшаются. При использовании магнитного поля с индукцией менее 0,03 Тл разделения обожженного продукта на железный концентрат и хвосты не происходит, а при значениях индукции магнитного поля более 0,25 Тл содержание железа в концентрате существенно уменьшается из-за перехода части хвостов в концентрат.
Результаты испытаний
Далее изобретение описывается на примерах Пример 1
Восстановительному обжигу при температуре 1150°С в течение 120 минут подвергали шихту, состоящую из красного шлама, сульфатносодовой смеси и восстановителя. Расход коксовой мелочи составлял 200 кг/т шихты.
В таблице 1 представлен химический состав компонентов смеси красного шлама и добавки натрийсодержащего отхода
В таблице 2 представлены содержания железа и углерода в концентрате и степени его извлечения в концентрат, полученные в результате обработки смеси по заявленному способу.
Пример 2
Двухстадийному восстановительному обжигу в течение 30 минут на первой стадии и 5-25 минут на второй стадии подвергали шихту, состоящую из красного шлама, сульфатносодовой смеси с соотношением сульфатносодовая смесь:красный шлам 15:85 и восстановителя. Расход коксовой мелочи составлял 200 кг/т шихты. Химические составы красного шлама, добавки натрийсодержащего отхода и восстановителя представлены в таблице 1.
В таблице 3 представлены значения содержаний железа в концентрате и степени его извлечения в концентрат, полученные в результате обработки смеси по примеру 2.
Пример 3
Восстановительному обжигу при 1150°С в течение 30 минут подвергали шихту, состоящую из красного шлама, сульфатносодовой смеси с соотношением сульфатносодовая смесь:красный шлам 15:85 и восстановителя. Расход коксовой мелочи составлял 200 кг/т шихты. Химические составы красного шлама, добавки натрийсодержащего отхода и восстановителя представлены в таблице 1.
В таблице 4 представлены значения содержаний железа в концентрате и степени его извлечения в концентрат, полученные в результате обработки смеси по примеру 3.