авторефераты диссертаций БЕСПЛАТНАЯ РОССИЙСКАЯ БИБЛИОТЕКА - WWW.DISLIB.RU

АВТОРЕФЕРАТЫ, ДИССЕРТАЦИИ, МОНОГРАФИИ, НАУЧНЫЕ СТАТЬИ, КНИГИ

 
<< ГЛАВНАЯ
АГРОИНЖЕНЕРИЯ
АСТРОНОМИЯ
БЕЗОПАСНОСТЬ
БИОЛОГИЯ
ЗЕМЛЯ
ИНФОРМАТИКА
ИСКУССТВОВЕДЕНИЕ
ИСТОРИЯ
КУЛЬТУРОЛОГИЯ
МАШИНОСТРОЕНИЕ
МЕДИЦИНА
МЕТАЛЛУРГИЯ
МЕХАНИКА
ПЕДАГОГИКА
ПОЛИТИКА
ПРИБОРОСТРОЕНИЕ
ПРОДОВОЛЬСТВИЕ
ПСИХОЛОГИЯ
РАДИОТЕХНИКА
СЕЛЬСКОЕ ХОЗЯЙСТВО
СОЦИОЛОГИЯ
СТРОИТЕЛЬСТВО
ТЕХНИЧЕСКИЕ НАУКИ
ТРАНСПОРТ
ФАРМАЦЕВТИКА
ФИЗИКА
ФИЗИОЛОГИЯ
ФИЛОЛОГИЯ
ФИЛОСОФИЯ
ХИМИЯ
ЭКОНОМИКА
ЭЛЕКТРОТЕХНИКА
ЭНЕРГЕТИКА
ЮРИСПРУДЕНЦИЯ
ЯЗЫКОЗНАНИЕ
РАЗНОЕ
КОНТАКТЫ

Pages:   || 2 |

Разработка интенсивной энергосберегающей технологии сверхглубокого обескремнивания алюминатных растворов (при комплексной переработке нефелинов)

-- [ Страница 1 ] --

На правах рукописи

Кононенко Евгений Степанович

РАЗРАБОТКА ИНТЕНСИВНОЙ ЭНЕРГОСБЕРЕГАЮЩЕЙ ТЕХНОЛОГИИ СВЕРХГЛУБОКОГО ОБЕСКРЕМНИВАНИЯ АЛЮМИНАТНЫХ РАСТВОРОВ

(при комплексной переработке нефелинов)

Специальность 05.16.02 Металлургия черных, цветных

и редких металлов

Автореферат

диссертации на соискание ученой степени

кандидата технических наук

САНКТ-ПЕТЕРБУРГ - 2013

Работа выполнена в федеральном государственном бюджетном образовательном учреждении высшего профессионального образования «Национальный минерально-сырьевой университет «Горный»

Научный руководитель -

доктор технических наук, профессор

Сизяков Виктор Михайлович

Официальные оппоненты:

Алексеев Алексей Иванович

доктор технических наук, профессор, ФГБОУ ВПО «Национальный минерально-сырьевой университет «Горный», кафедра химической технологии, заведующий кафедрой

Виноградов Сергей Александрович

кандидат технических наук, ООО «Объединенная Компания РУСАЛ Инженерно-технологический центр», обособленное подразделение в Санкт-Петербурге, старший научный сотрудник

Ведущее предприятие ФГБУН «Институт химии и технологии редких элементов и минерального сырья имени И.В. Тананаева КНЦ РАН»

Защита состоится 18 июня 2013 г. в 14 ч 30 мин на заседании диссертационного совета Д 212.224.03 при Национальном минерально-сырьевом университете «Горный» по адресу: 199106, г. Санкт-Петербург, 21 линия, д.2, ауд. 1303.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Национального минерально-сырьевого университета «Горный».

Автореферат разослан 17 мая 2013 г.

УЧЕНЫЙ СЕКРЕТАРЬ БРИЧКИН

диссертационного совета Вячеслав Николаевич

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность работы. Производство глинозема в мире основано на переработке высококачественных бокситов простым и эффективным способом Байера. В отечественной промышленности из-за ограниченного запаса байеровских бокситов широко используется нетрадиционное низкокачественное сырье сложного минералогического и химического состава – нефелины. Одной из главных проблем при получении глинозема из нефелинов является достижение достаточно глубокого разделения гидроксокомплексов Al (III) и Si (IV) в среде сильных электролитов, которое реализуется в различных схемах обескремнивания алюминатных растворов.

Значительный вклад в развитие способа глубокого обескремнивания алюминатных растворов внесли М.Г. Лейтейзен, А.И. Лайнер, И.З. Певзнер, Н.И. Еремин, М.Н. Смирнов, Н.С. Мальц и другие ученые. Данный способ осуществляется путем взаимодействия извести с алюминатно-силикатным раствором. Недостатком способа является значительный расход топлива на обжиг извести и недостаточная глубина обескремнивания алюминатных растворов (кремниевый модуль, весовое отношение Al2O3/SiO21000 единиц), что ограничивает возможность производства высококачественного глинозема.



Основоположником карбоалюминатной технологии сверхглубокого обескремнивания алюминатных растворов является профессор В.М. Сизяков. В этой технологии обескремнивающим реагентом является гидрокарбоалюминат кальция (ГКАК) – 4CaOAl2O3nCO211H2O, который синтезируется путем взаимодействия извести с оборотным глубокообескремненным алюминатным раствором.

В результате внедрения карбоалюминатной технологии на предприятиях, перерабатывающих нефелиновое сырьё, получают глубокообескремненные растворы с кремниевым модулем 4000 ед. Это позволяет надежно производить глинозем высокой марки Г-00.

Анализ карбоалюминатной технологии сверхглубокого обескремнивания показывает, что её возможности далеко не исчерпаны, и она имеет потенциал для дальнейшего развития, особенно в части энергосбережения, получения качественно новых алюминатных растворов с кремниевым модулем 50 000 единиц и выше, интенсификации процесса разделения гидроксокомплексов Al(III) и Si(IV), расширения сырьевой базы для синтеза обескремнивающих реагентов и др.

Диссертационная работа выполнена в соответствии с целевой программой «Исследования и разработки по приоритетным направлениям развития научно-технологического комплекса России на 2007 – 2013 годы», а также в рамках проекта РНП 2.1.2.5161 «Развитие фундаментальных основ синтеза метастабильных соединений в области технически значимых систем алюминиевой промышленности» 2009-2011г и государственного контракта № 16.525.11.5004 «Разработка технологии комплексной переработки крупномасштабных отходов производства минеральных удобрений с получением товарных продуктов многофункционального назначения».

Цель работы - научное обоснование и разработка технологических решений, обеспечивающих повышение эффективности технологии сверхглубокого обескремнивания алюминатных растворов.

Основные задачи исследования:

научное обоснование каталитического эффекта оборотного гидрогранатового шлама в процессе карбоалюминатного сверхглубокого обескремнивания (в системе 4CaOAl2O3mCO211H2O-3CaOAl2O3nSiO2(6-2n)H2O-SiO2-NaAl(OH)4-NaOH-H2O);

изучение влияния дробной дозировки гидрокарбоалюмината кальция на процесс сверхглубокого обескремнивания алюминатного раствора;

методическая проработка и экспериментальные исследования карбоалюминатной технологии сверхглубокого обескремнивания алюминатных растворов с оборотом гидрогранатового шлама;

научно-технологическое обоснование синтеза обескремнивающего реагента высокой активности на основе химически-осажденного карбоната кальция (фосфомела) и известняков переменного состава по SiO2;

определение примесного состава фосфомела и оценка его влияния на получаемый гидрокарбоалюминат кальция;

разработка аппаратурно-технологической схемы сверхглубокого обескремнивания алюминатных растворов с дробной дозировкой гидрокарбоалюмината кальция и оборотом гидрогранатового шлама при переработке кольских нефелиновых концентратов.

Методы исследований. В работе были использованы экспериментальные и теоретические методы исследований. Экспериментальные исследования выполнялись в лабораторном, опытно-промышленном и промышленном масштабах. Для изучения свойств и составов жидких и твердых технологических продуктов применялись физические и физико-химические методы: рентгенофазовый, дифференциально-термический, оптической и электронной микроскопии, лазерный микроанализ фракционного состава, классический химический анализ. При проведении опытно-промышленных и промышленных испытаниях были использованы методы контроля, принятые в глиноземной промышленности.

Научная новизна:

разработаны технологические параметры энергосберегающего режима синтеза гидрокарбоалюмината кальция на основе химически осажденного карбоната кальция (фосфомела) и известняка различного качества;

установлено, что примеси, содержащиеся в фосфомеле, при синтезе гидрокарбоалюмината кальция на его основе не оказывают отрицательного влияния на качество получаемой продукции;

доказано, что при синтезе гидрокарбоалюмината кальция на основе известняка, кремний адсорбируется на кристаллической решетке CaCO3 и в карбоалюминатную суспензию при этом не переходит;

выявлен каталитический эффект поверхности гидрогранатового шлама в процессе карбоалюминатного сверхглубокого обескремнивания алюминатных растворов, предложена гипотеза гетерогенного катализа: ускорителем реакции обескремнивания является переход Al(OH)63-Al(OH)3 через активную затравку, образованную на поверхности оборотного гидрогранатового шлама в конце реакции обескремнивания;

выявлены зависимости значений кремниевого модуля в процессе сверхглубокого обескремнивания от оборота гидрогранатового шлама и дробной дозировки ГКАК;

Практическая значимость работы:

предложено технологическое решение для синтеза гидрокарбоалюмината кальция на основе химически осажденного карбоната кальция (фосфомела) и известняка различного качества, что позволяет понизить энергозатраты, расширить сырьевую базу для синтеза обескремнивающего реагента, а также снизить его расход на процесс сверхглубокого обескремнивания алюминатных растворов;

разработана эффективная аппаратурно-технологическая схема передела сверхглубокого обескремнивания с использованием каталитических свойств поверхности гидрогранатового шлама и дробной дозировкой гидрокарбоалюмината кальция по реакторам.

Степень обоснованности и достоверности научных положений, выводов и рекомендаций подтверждается использованием современных методов исследований и обработки данных, а так же соответствием полученных экспериментальных результатов теории и практике обескремнивания алюминатных растворов глинозёмного производства. Основные операции карбоалюминатной технологии прошли испытания в промышленном масштабе на ЗАО «БазэлЦемент-Пикалево».

Апробация работы. Основные результаты диссертации освещались на международном конгрессе «Цветные Металлы Сибири-2010» (Красноярск 2010), «Цветные Металлы Сибири-2011» (Красноярск 2011), на международной научной конференции на базе Фрайбергской горной академии (Фрайберг, 2012), на ежегодной научной конференции молодых учёных «Полезные ископаемые России и их освоение» в СПГГУ (СПб, 2010, 2011).

Публикации. По теме диссертации опубликованы 6 научных работ, в том числе 4 статьи в журналах, входящих в перечень ВАК Минобрнауки России.

Личный вклад автора состоит в анализе существующих способов обескремнивания алюминатных растворов глинозёмного производства, постановке и решении задач исследования, организации и проведении лабораторных исследований, участии в опытно-промышленных и промышленных испытаниях энергосберегающей интенсивной карбоалюминатной технологии в обработке и обобщении полученных результатов.

Объем и структура диссертации. Диссертация состоит из введения, четырех глав, заключения, списка литературы из 120 наименований, содержит 27 таблиц и 48 рисунков. Общий объем работы – 137 страницы машинописного текста.

Автор выражает глубокую благодарность и признательность научному руководителю, доктору технических наук, профессору, заслуженному деятелю науки РФ, заведующему кафедрой металлургии Горного университета В.М. Сизякову; сотрудникам ЗАО «БазэлЦемент-Пикалево» за внимание, содействие и поддержку на различных этапах выполнения диссертационной работы.

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во введении обоснована актуальность исследований, изложена цель, сформулированы основные положения, выносимые на защиту и научная новизна работы.

В первой главе диссертации представлен подробный анализ известных технологий процесса обескремнивания алюминатных растворов при переработке высококремнистого сырья. Проанализированы факторы, оказывающие влияние на процессы обескремнивания. Сформулированы научные и практические задачи диссертации.

Во второй главе диссертации дана характеристика карбонатного сырья, используемого в глиноземной промышленности. Приведены данные по исследованию процесса получения извести высокой активности. Описан механизм поведения примесей при получении гидрокарбоалюмината кальция из известняков переменного состава по SiO2 и фосфомела путем взаимодействия высокомодульного алюминатного раствора (k=3) с карбонатом кальция.

В третьей главе обоснован эффект дробной дозировки карбоалюмината кальция для наиболее эффективного разделения гидроксокомплексов Al(III) и Si(IV), предложен механизм процесса взаимодействия ГКАК с кремнеземом при осаждении SiO2 на активных центрах гидрограната кальция в алюминатных растворах. Доказан каталитический эффект поверхности гидрогранатового шлама в процессе сверхглубокого обескремнивания. Представлена математическая модель карбоалюминатной технологии сверхглубокого обескремнивания с оборотом гидрогранатового шлама. Определены оптимальные условия ведения процесса.





В четвертой главе представлена аппаратурно-технологическая схема сверхглубокого обескремнивания алюминатных растворов с опережающим вводом оборотного гидрогранатового шлама и дробной дозировкой гидрокарбоалюмината кальция по реакторам.

В заключении приводятся основные выводы и практические результаты проведенных теоретических и экспериментальных исследований.

ОСНОВНЫЕ ЗАЩИЩАЕМЫЕ ПОЛОЖЕНИЯ

1. Для повышения энергосбережения и экологической безопасности процесс синтеза гидрокарбоалюмината кальция (4CaOAl2O3mCO211H2O) необходимо вести путем взаимодействия карбоната кальция (фосфомела или известняка различного состава, в том числе с высоким содержанием SiO2) с высокомодульным алюминатным раствором (k3).

Для научного обоснования технологии получения гидрокарбоалюмината кальция из карбоната кальция и алюминатного раствора были изучены частные разрезы системы CaCO3 NaAl(OH)4 – 4CaOAl2O3mCO211H2O – 3CaOAl2O36H2O – 3CaOAl2O3nSiO2(6-2n)H2O – NaOH H2O. В качестве карбонатного сырья использовался конверсионный фосфомел, полученный на лабораторной установке, и известняки Пикалевского месторождения. Для сравнения был синтезирован ГКАК на основе извести с переменным содержанием SiO2.

Установлено, что в процессе синтеза гидрокарбоалюминатов кальция по известковому способу большую роль играет “собственный” кремнезем в извести. Предельно допустимое содержание SiO2 в известняке для получения извести в указанных целях отвечает примерно 2,5 %. В противном случае SiO2 при кристаллизации гидрокарбоалюмината пассивирует его поверхность и ГКАК становится менее активным. Кроме того процесс синтеза может протекать с уменьшением выхода фазы гидрокарбоалюмината, ввиду возможности протекания реакции захвата кремния из известкового молока и образования гидрогранатов с малой степенью насыщения по кремнию.

При синтезе гидрокарбоалюмината кальция на основе CaCO3 методом обратной реакции было выявлено, что в карбоалюминатной суспензии после синтеза обнаруживаются только незначительное количество SiO2 (даже при высоком содержании SiO24,3 % в исходном известняке). Химический состав ГКАК, полученных различными методами, при использовании известняка различного качества таблица 1.

Таблица 1 – Химический состав исходных известняков и синтезированных ГКАК

Анализируемый материал № пробы Химический состав, масс.%
CaO Al2O3 SiO2
Известняк 1 53,5 0,23 1,20
2 52,9 0,47 2,55
3 51,7 0,61 4,30
ГКАК (обжиговыйспособ) 1 40,6 18,71 0,62
2 40,9 18,05 1,06
3 40,4 17,8 1,70
ГКАК (безобжиговый способ) 1 40,8 18,63 0,28
2 41,7 18,16 0,38
3 40,5 18,1 0,40


Pages:   || 2 |
 

Похожие работы:







 
© 2013 www.dislib.ru - «Авторефераты диссертаций - бесплатно»

Материалы этого сайта размещены для ознакомления, все права принадлежат их авторам.
Если Вы не согласны с тем, что Ваш материал размещён на этом сайте, пожалуйста, напишите нам, мы в течении 1-2 рабочих дней удалим его.