Комплексная переработка некондиционных нефелиновых руд с использованием добавок техногенного происхождения тема диссертации и автореферата по ВАК РФ 05.16.02, кандидат наук Сахачев Алексей Юрьевич

• Сахачев Алексей Юрьевич
• кандидат наук
• 2018

Оглавление диссертации кандидат наук Сахачев Алексей Юрьевич

ВВЕДЕНИЕ

ГЛАВА 1. АНАЛИЗ СОВРЕМЕННЫХ РЕСУРСОСБЕРЕГАЮЩИХ ТЕХНОЛОГИЙ ПОЛУЧЕНИЯ ГЛИНОЗЕМА ИЗ НЕФЕЛИНОВЫХ РУД СИБИРСКОГО РЕГИОНА С ИСПОЛЬЗОВАНИЕМ ДОБАВОК ТЕХНОГЕННОГО ПРОИСХОЖДЕНИЯ

1.1. Перспективы переработки некондиционных нефелиновых руд Сибири с применением в качестве сырьевых компонентов известняково-нефелиновых шихт добавок природного и техногенного происхождения

1.2. Анализ современных способов производства содопродуктов и пути интенсификации технологического процесса их получения с применением ресурсосберегающих технологий

1.3. Выводы по главе

ГЛАВА 2. ИССЛЕДОВАНИЕ ПРОЦЕССА ПОДГОТОВКИ СЫРЬЕВЫХ КОМПОНЕНТОВ ШИХТЫ С ИСПОЛЬЗОВАНИЕМ АЛЮМИНИЙСОДЕРЖАЩИХ ТЕХНОГЕННЫХ ДОБАВОК

2.1. Объекты и методики проведения исследований по измельчаемости сырьевых компонентов и проведению минералогических и термохимических исследований

2.1.1. Характеристика объектов исследований

2.1.2. Методики проведения исследований по измельчаемости сырьевых компонентов и проведению минералогических и термохимических исследований

2.2. Исследования по измельчению и вскрытию ферротитанового шлака и нефелиновой руды и определение их гранулометрического состава

2.3. Минералогические исследования степени раскрытия алюминийсодержащих минералов при измельчении нефелиновой руды и шлака ферротитанового производства

2.4. Термографические и физико-химические исследования свойств известняково-нефелиновой шихты с добавками ферротитанового шлака

2.5. Выводы по главе

ГЛАВА 3. ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫЕ ИССЛЕДОВАНИЯ ПО СПЕКАНИЮ ИЗВЕСТНЯКОВО-НЕФЕЛИНОВЫХ ШИХТ С ВВОДОМ ТЕХНОГЕННЫХ СЫРЬЕВЫХ ДОБАВОК

3.1. Методики исследований по спеканию глиноземных шихт и выщелачиванию спеков

3.2. Экспериментальные исследования влияния добавок шлака ферротитанового производства на процесс спекания известняково-нефелиновой шихты

3.3. Исследование процесса выщелачивания спеков и изучение поведения соединений хрома и титана при вводе шлака ферротитанового производства в шихту

3.4. Лабораторные и промышленные испытания по вводу алюминийсодержащих техногенных добавок в известняково-нефелиновую шихту

3.4.1. Вовлечение в процесс приготовления сырьевой шихты техногенной добавки отработанной шамотной футеровки

3.4.2. Экспериментальная оценка возможности совместной переработки нефелиновых руд с добавкой золы теплоэлектростанций

3.5. Физико-химические и технологические исследования процесса спекания известняково-нефелиновой шихты с вводом гипсоангидритовой техногенной сырьевой добавки

3.5.1. Физико-химическое компьютерное моделирование процесса спекания известняково-нефелиновой шихты с добавкой гипсоангидритового техногенного сырья

3.5.2. Термогравиметрические исследования проб сырьевой глиноземной шихты с вводом гипсоангидритовых техногенных добавок

3.5.3. Анализ изменения технологических показателей при комплексной переработке нефелиновой руды с вводом гипсоангидритовой техногенной

добавки в шихту

3.6. Выводы по главе

ГЛАВА 4. ТЕХНИКО-ЭКОНОМИЧЕСКИЕ ПОКАЗАТЕЛИ ПРЕДЛАГАЕМЫХ ТЕХНОЛОГИЧЕСКИХ РЕШЕНИЙ И ИХ ПРОМЫШЛЕННАЯ АПРОБАЦИЯ В АО «РУСАЛ АЧИНСК»

4.1. Оценка возможности промышленной переработки некондиционной нефелиновой руды с добавками шлаков ферротитанового производства

4.2. Промышленные испытания ввода гипсоангидритового техногенного сырья в известняково-нефелиновую шихту

4.3. Ожидаемая экономическая эффективность от внедрения предлагаемых решений по вводу добавок техногенного происхождения в шихту

4.4. Выводы по главе

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

Приложение А. Химические соединения термодинамической системы

Приложение Б. Акт промышленных испытаний по вводу шлака

ферротитанового производства в известняково-нефелиновую шихту

Приложение В. Акт промышленного внедрения технологии ввода

гипсоангидритового техногенного сырья в шихту

Приложение Г. Акт внедрения результатов диссертационной работы в

учебный процесс

Приложение Д. Патент на изобретение

Приложение Е. Протоколы испытаний техногенного сырья и нефелиновой руды

Введение диссертации (часть автореферата) на тему «Комплексная переработка некондиционных нефелиновых руд с использованием добавок техногенного происхождения»

ВВЕДЕНИЕ

В настоящее время обеспечение предприятий алюминиевой промышленности России глиноземом стоит достаточно остро и имеется дефицит сырья для алюминиевых заводов Сибири [1,2]. Технология получения глинозема из нефелинов в АО «РУСАЛ Ачинск» продемонстрировала свои преимущества и способность конкурировать с высококачественными бокситами [3]. Однако условия переработки нефелинов усложняются в связи с ухудшением качества Кия-Шалтырской нефелиновой руды по содержанию глинозема. На Кия-Шалтырском нефелиновом руднике в настоящее время уже имеется около 60 млн. тонн некондиционной нефелиновой руды с содержанием глинозема менее 23,5%. В Кия-Шалтырских нефелиновых рудах, находящихся в специальных отвалах, содержание оксида железа, как правило, не превышает 5% и с этой точки зрения эти руды можно перерабатывать, используя новые технологические приемы с вводом в известняково-нефелиновую шихту техногенных алюминийсодержащих добавок. При этом также появляется возможность вовлечения в производство без обогащения низкокачественных нефелиновых руд Горячегорского месторождения, которые рассматриваются в качестве новой рудной базы. Формирование сырьевой базы АО «РУСАЛ Ачинск» возможно на основе создания рудных композиций некондиционных нефелиновых руд с вовлечением в них высокоглиноземистых шлаков ферротитанового производства. В процессе переработки нефелиновых руд в АО «РУСАЛ Ачинск» наблюдаются также неустойчивость концентрации сульфатов в известняково - нефелиново - содовой шихте и, как следствие этого, низкие показатели выпуска товарного продукта - сульфата калия. Основная причина заключается в колебаниях содержания серы в известняке, нефелиновой руде и топливе. Для восполнения недостатка Б03 в растворах содового производства предложено вводить в сырьевую шихту

сульфатсодержащую добавку техногенного происхождения.

Учитывая, что срок эксплуатации Кия-Шалтырского нефелинового рудника ограничен, данное направление исследований актуально и может быть востребовано в ближайшую перспективу, которое позволит вовлечь в переработку некондиционные забалансовые нефелиновые руды и увеличить выпуск товарных продуктов.

Научно-технологические основы производства глинозема из нефелиновых руд получили развитие в работах В.И.Захарова, А.И.Лайнера, Ю.А.Лайнера, В.М.Сизякова, Б.И.Арлюка, С.Я.Данциг, Н.И.Еремина, В.Н.Бричкина, В.С.Сажина, Г.З.Насырова, В.А.Уткова, В.Д.Семина, Л.П.Ни, В.Л.Райзмана и др. [4-11]. Однако недостаточно изученными остаются вопросы по разработке научно обоснованных технологических приемов производства глинозема и содопродуктов из некондиционных нефелиновых руд с использованием добавок техногенного происхождения, в частности, шлаками ферротитанового производства и гипсоангидритовыми техногенными добавками.

Работа выполнена в соответствии с задачами, определенными в Федеральной целевой программе «Исследования и разработки по приоритетным направлениям развития научно-технологического комплекса России на 2014-2020 годы», утвержденной постановлением Правительства РФ от 21 мая 2013г. №426 (п.6 «Рациональное природопользование») и в соответствии со стратегией ОК РУСАЛ, направленной на ресурсосбережение и использование некондиционных нефелиновых руд.

Целью настоящей работы является научное обоснование и разработка технологии переработки некондиционных нефелиновых руд с сырьевыми добавками техногенного происхождения, обеспечивающей извлечение из них ценных компонентов, сокращение потребления сырья и увеличение выпуска товарных продуктов.

В соответствии с намеченной целью решаются следующие задачи:

- научное обоснование технологии совместной переработки нефелиновой руды с добавкой высокоглиноземистых шлаков ферротитанового производства;

- экспериментальные исследования по измельчаемости нефелиновой руды и шлака ферротитанового производства и вскрытию алюминийсодержащих минералов шлака;

- обоснование термохимических превращений в известняково-нефелиновой шихте с добавкой шлака ферротитанового производства и гипсоангидритового техногенного сырья;

- физико-химическое моделирование процесса шихтопоготовки с добавкой гипсоангидритового техногенного сырьевого компонента в известняково-нефелиновую шихту;

- исследование показателей выщелачивания известняково-нефелиновой шихты с добавкой алюминийсодержащего техногенного сырья;

- исследование показателей получения сульфата калия в содовом цикле переработки нефелиновой руды при вводе в шихту гипсоангидритовых техногенных добавок.

Материалы и методы исследования. В работе использовались исходные сырьевые материалы Кия-Шалтырского нефелинового и Мазульского известнякового рудников и различные добавки техногенного сырья АО «РУСАЛ Ачинск».

Методологической основой диссертационного исследования послужили положения материаловедения в области металлургических процессов получения глинозема с учетом современных тенденций подготовки сырьевой шихты в части использования некондиционного нефелинового сырья с введением в него добавок техногенного происхождения. Для оптимизации условий подготовки сырья к металлургическому переделу с применением гипсоангидритовых техногенных добавок использовано физико-химическое компьютерное моделирование на основе метода термодинамического анализа

на программном комплексе «Селектор-С». При выполнении работы для изучения минеральных продуктов применялись современные методы исследования: электронная микроскопия, рентгенофазовый, микрорентгеноспектральный и дифференциально-термический анализы.

Достоверность полученных результатов, выводов и научных положений обеспечена методически обоснованным комплексом исследований с использованием стандартных методик, лабораторного аттестованного оборудования и поверенных средств измерений, современных физико-химических методов исследования, обработкой результатов экспериментов статистическими методами и подтверждается сходимостью результатов моделирования, лабораторных исследований и результатов промышленных испытаний в АО «РУСАЛ Ачинск».

Научная новизна диссертационной работы:

- установлена зависимость качественных показателей спека и температуры спекания известняково-нефелиновой шихты от количества вводимой в нее добавки высокоглиноземистого тонкоизмельченного шлака ферротитанового производства;

- с применением физико-химического компьютерного моделирования на основе метода термодинамического анализа определены оптимальные значения добавки гипсоангидритового техногенного сырья в известняково -нефелиновую шихту, приводящие к разложению ангидрита и гипса в процессе спекания шихты и связыванию щелочных металлов в сульфаты, что обеспечивает снижение температуры образования спека и более высокий выход товарного продукта при комплексной переработке нефелиновой руды способом спекания.

Практическая значимость:

- разработаны и рекомендованы режимы измельчения ферротитанового шлака по отдельной линии до крупности 100% класса - 0,074мм и предложения по увеличению удельной производительности мельниц (заявка на выдачу патента РФ №2017146961 от 28.12.2017г.); ввод шлака

ферротитанового производства в известняково-нефелиновую шихту в количестве до 3% мас. снижает температуру спекания шихты на 20-30оС и увеличивает содержание А1203 в спеке на 0,6%.

- добавка гипсоангидритового техногенного сырья в известняково-нефелиновую шихту в количестве 0,15-0,4% мас. увеличивает содержание серы в спеке с 0,28 до 0,38 %, что позволяет вовлечь в переработку сырьевой известняковый компонент с низким содержанием серы и получить прирост выхода сульфата калия на 5887 тонн в год; технология ввода гипсоангидритового техногенного сырья в известняково-нефелиновую шихту внедрена в АО «РУСАЛ Ачинск»;

- разработаны и внедрены технологические решения по введению в известняково-нефелиновую шихту алюминийсодержащего техногенного сырья в виде золы ТЭЦ и отработанной шамотной футеровки в АО «РУСАЛ Ачинск» (Патент РФ №2606821 опубл.10.01.2017, бюл. №1); вовлечено в процесс приготовления шихты техногенного сырья шамотной футеровки около 70 000 тонн; при этом достигнута экономия природных сырьевых ресурсов: нефелиновой руды около 41 800 тонн;

- научные, лабораторные и практические результаты внедрены в учебный процесс с включением их в лекционные курсы при подготовке специалистов металлургических специальностей в ФГБОУ ВО «Сибирский федеральный университет» и в программах подготовки и переподготовки специалистов АО «РУСАЛ Ачинск» в Центре дополнительного профессионального образования Института цветных металлов и материаловедения ФГБОУ ВО «Сибирский федеральный университет».

На защиту выносятся:

- зависимость времени измельчения и крупности помола сырьевых компонентов известняково-нефелиновой шихты, обеспечивающие максимальную степень раскрытия алюминийсодержащих минералов;

- на основе термохимических исследований известняково-нефелиновой шихты с добавкой шлаков ферротитанового производства и

гипсоангидритового техногенного сырья определены оптимальные показатели процесса измельчения и спекания компонентов шихты; - зависимость степени извлечения оксида алюминия из спека от количества ввода в известняково-нефелиновую шихту алюминийсодержащих техногенных добавок.

Личный вклад автора. Выполнен анализ научно-технических и патентных источников, определены задачи исследований, освоены методики проведения экспериментальных исследований, запланированы и выполнены экспериментальные исследования по подготовке сырья с добавками техногенного происхождения и термохимические исследования образующихся минеральных соединений, применительно к существующим технологическим схемам производства глинозема способом спекания разработаны новые технологические решения по вводу различных добавок техногенного происхождения, сформулированы выводы и практические рекомендации и проведена их промышленная апробация.

Апробация результатов работы. Основные положения и результаты работы были доложены на XXIII Международной научно-практической конференции «Актуальные вопросы современной науки» (Таганрог, 2014 г.), Х Международной научно-практической конференции «Интеграционные процессы развития мировой научной мысли в XXI веке» (Казань, 2014 г.), XIX, XXI, XXII и XXIII Международных научно-технических конференциях «Научные основы и практика переработки руд и техногенного сырья» (Екатеринбург, 2014 г., 2016 г., 2017г., 2018г.), на IV, VI, VII, IX Международном Конгрессе «Цветные металлы и минералы (Красноярск, 2014г., 2015г., 2017г.), IV Всероссийской научной конференции с международным участием «Экологический риск» (Иркутск, 2017г.), XIII Международной научно-практической конференции «Российская наука в современном мире» (Москва, 2017г.), XXIII Международной научно-технической конференции «Приоритетные направления развития науки и технологий» (Тула, 2018).

Публикации. По результатам диссертационных исследований опубликованы 22 работы, 7 из которых в изданиях, входящих в перечень, рекомендованный ВАК РФ, 1 патент на изобретение.

Объем и структура работы. Диссертация изложена на 158 страницах, включая 51 рисунок и 52 таблицы. Работа состоит из введения, 4 глав, заключения, списка литературы, включающего 170 источников, и 6 приложений.

ГЛАВА 1. АНАЛИЗ СОВРЕМЕННЫХ РЕСУРСОСБЕРЕГАЮЩИХ ТЕХНОЛОГИЙ ПОЛУЧЕНИЯ ГЛИНОЗЕМА ИЗ НЕФЕЛИНОВЫХ РУД СИБИРСКОГО РЕГИОНА С ИСПОЛЬЗОВАНИЕМ ДОБАВОК ТЕХНОГЕННОГО ПРОИСХОЖДЕНИЯ

1.1. Перспективы переработки некондиционных нефелиновых руд Сибири с применением в качестве сырьевых компонентов известняково-нефелиновых шихт добавок природного и техногенного происхождения

Специфика российской алюминиевой промышленности заключается в том, что все электролизные производства расположены в центре Сибири. Единственным производителем глинозема в этом регионе является АО «РУСАЛ Ачинск», на котором освоена в промышленном масштабе технология комплексной переработки нефелиновых руд по способу спекания [12]. На предприятии производится глинозем, сода кальцинированная, сульфат калия, тепловая энергия. Проектная мощность АО «РУСАЛ Ачинск» по выпуску глинозема составляет 1 млн. 110 тыс. тонн в год. Принципиальная технологическая блок-схема переработки нефелиновой руды в АО «РУСАЛ Ачинск» приведена на рис.1.1.

Кия-Шалтырское месторождение нефелиновых руд, которое является сырьевой базой АО «РУСАЛ Ачинск», к настоящему времени в значительной степени уже отработано и поэтому уже сейчас требуется начинать работы по промышленному освоению резервной сырьевой базы и осуществлять поиск других, конкурентоспособных видов алюминийсодержащего сырья. Нефелиновые руды данного месторождения представлены в основном уртитами, обладают высоким качеством и не требуют предварительного обогащения [13,14]. Кия-Шалтырский нефелиновый рудник (КШНР) расположен в Кемеровской области на северо-востоке Кузнецкого Алатау, в верховьях реки Кийский Шалтырь - правого притока реки Кия. Производительность КШНР по уточненному техническому проекту с 2017 года составляет: добыча 4,8 млн.т., вскрышная порода 9,9 млн. м3, горная масса 11,7 млн. м3.

Рисунок 1.1 - Технологическая блок-схема переработки нефелиновой руды способом спекания в АО «РУСАЛ Ачинск»

В процессе разработки месторождения наблюдается

снижение качества добываемой руды. Это объясняется тем, что в первые годы эксплуатации отрабатывалась нагорная центральная часть месторождения, где располагались в основном высокоглиноземистые и рядовые руды. Оставшиеся в контуре карьера остатки запасов кондиционной руды на 01.01.2017г. составляют 56615 тыс.т., что обеспечивает потребности АО «РУСАЛ Ачинск» на срок около 10 лет. Начиная с 1972 года на руднике были организованы специальные отвалы для складирования сильно разубоженных нефелиновых руд и метасоматических ийолитов. В нижеприведенных таблицах 1.1 и 1.2 показан средний химический состав по основным компонентам и объемы в спецотвалах разубоженных руд с начала их отсыпки.

Таблица 1.1 - Усредненный химический состав разубоженной руды в спецотвалах Кия-Шалтырского рудника

Наименование Содержание, %

Al20з Si02 Ca0 Mg0 №20 Fe20з ^0 прочие

Уртиты со скарнами 22,41 37,87 13,86 2,01 4,72 8,85 2,23 8,05

Уртиты с габбро 24,62 40,96 9,82 2,58 5,54 8,91 2,25 5,32

Уртиты с известняками 21,89 37,27 14,75 2,03 4,68 8,80 2,21 8,37

Ийолиты метасоматические с уртитами 23,36 40,06 11,33 1,89 6,13 8,78 2,21 6,24

Уртиты с дайками диабазовых порфиритов 23,24 42,39 8,22 2,18 6,32 9,17 2,32 6,16

Уртиты с дайками камптонитов 23,15 42,24 7,68 4,08 5,69 8,61 2,18 6,37

Уртиты с дайками ийолитов 23,99 40,10 10,07 1,59 6,06 9,97 2,52 5,7

Среднее содержание 23,38 40,08 10,85 2,21 5,64 9,07 2,29 6,48

Спецотвал №1 22,0 40,10 10,76 2,38 5,55 9,05 2,29 6,87

продолжение таблицы 1.1

Наименование Содержание, %

Al2Oз SiO2 CaO MgO Na2O Fe2Oз прочие

Спецотвал №2 20,8 39,53 11,59 2,02 5,55 9,07 2,29 9,15

Спецотвал №3 22,0 40,65 10,21 2,20 5,84 9,08 2,29 7,73

На Кия-Шалтырском нефелиновом руднике в настоящее время уже скопилось более 60 млн. тонн некондиционной нефелиновой руды с содержанием Al2O3 менее 23,5%. Ограничение срока службы Кия-Шалтырского нефелинового рудника определяет необходимость разработки технических мероприятий, к которым можно отнести: расширение карьера с углублением дна карьера против проектной отметки + 480 м, подшихтовку к не кондиционной нефелиновой руде других высокоглиноземистых руд и техногенных материалов.

Таблица 1.2 - Объем некондиционной нефелиновой руды Кия-Шалтырского рудника, размещенной в спецотвалах

Период Всего складировано, тыс.т. В том числе Движение по спецотвалам, тыс. т. Содержание гинозе-ма, %

на контактах ийолиты метасо-матичес., тыс.т. № 1 к востоку от карьера № 2 к северу от карьера № 2А к северо-западу от карьера № 3 к югу от карьера

с дайками, тыс.т. с вмещ. породами, тыс.т.

Всего на 01.01. 2017г. 29593,2 13981,0 4564,0 11048,2 4105,2 3924,2 10244,8 11319,0 22,0

В качестве основной резервной сырьевой базы ОК РУСАЛ рассматривает руды Горячегорского месторождения Тулуюльского рудного поля, которое является наиболее изученным. Практическая ценность пород Горячегорского комплекса связана с наличием в его составе пород, богатых

нефелином (уртиты, нефелиновые монцониты, лейкотералиты,

нефелиновые метасоматиты), пригодных для получения глинозёма с

попутным извлечением соды, поташа, цемента [15]. Наибольший

промышленный интерес представляют нефелиновые руды Кузнецкого

Алатау и Горной Шории. Здесь известны около 100 месторождений,

изученных с разной степенью детальности (Горячегорское, Белогорское,

Медведка, Тулуюльское, Андрюшкина речка, Кургусульское и др.) [16,17].

Заслуживают внимания нефелинсодержащие эффузивы берешской толщи

нижнего девона в окрестностях Горячегорского месторождения [18].

Содержание нефелина в них достигает 35-60% объема породы (таблица 1.3).

Таблица 1.3 - Качественно-минералогическая характеристика массивов нефелиновых руд

Массивы, месторождения Наименование пород Содержание нефелина по минералогическим определениям Среднее содержание АЬ03

от до среднее

Белогорское Нефелиновые сиениты 8 37 23 21,9

Тералиты 5 70 24 20,4

Горячегорское Лейкократовые тералиты 25 81 56 21,6

Тералито-сиениты 30 63 61 23,5

Полевошпатовые уртиты 45 85 61 22,7

Нефелиновые сиениты 10 42 30 20,0

Кия-Шалтырское Уртиты 75 90 85 28,2

Тералиты 2 25 9 19,6

Кургусуюльское Ювиты 35 70 50 22,1

Нефелиновые сиениты 10 35 25 21,6

Нефелиновые монцониты 30 62 39 22,2

Лейкократовые тералиты 17 35 27 21,8

Тералиты 12 15 14 19,8

Андрюшкина речка Берешиты 20 55 40 22,9

Нефелиновая руда вышеприведенных месторождений (кроме Кия-Шалтырского месторождения) может быть вовлечена в производство только после предварительного обогащения. Концентраты удовлетворительного качества могут быть получены с помощью магнитного и флотационного способов обогащения [12]. В результате обогащения выход концентрата может составить от 40 до 66%. Такой относительно низкий выход, безусловно, снизит технико-экономические показатели переработки этих руд с получением глинозема.

Кроме вышеперечисленных месторождений Сибири известны и другие. Так, в Республике Тыва находится крупное Баянкольское ийолит-уртитовое месторождение нефелиновых руд, расположенное в труднодоступном районе со слаборазвитой инфраструктурой [13]. В Республике Бурятия находится Мухальское ийолит-уртитовое месторождение, расположенное в 220 км северо-западнее г. Читы. Оно связано с одноименным щелочным массивом, залегающим среди карбонатных пород. Массив сложен преимущественно уртитами и ийолитами. Содержание нефелина колеблется от 50 - 60% в ийолит-уртитах, до 70-80% в уртитах [13]. Но на современном этапе практического интереса для алюминиевой промышленности они не представляют ввиду их недостаточного освоения.

Основываясь на опыте эксплуатации АО «РУСАЛ Ачинск», можно заключить, что срок Кия-Шалтырского нефелинового рудника очень ограничен и требуются технологические решения по вовлечению в переработку некондиционной руды, размещенной в спецотвалах. Промышленная переработка руды Горячегорского месторождения в ближайшие годы потребует для реализации этого проекта значительные инвестиции, связанные с доразведкой месторождения и создания горнодобывающего предприятия.

Одним из перспективных вариантов увеличения срока службы Кия-Шалтырского нефелинового рудника является совместная переработка

некондиционной нефелиновой руды с бесщелочным глиноземсодержащим сырьем, к которому можно отнести: бокситы, глины, дистен-силимманитовые руды и алюминийсодержащие шлаки [19-29].

Известно, что мировая алюминиевая промышленность в настоящее время использует в качестве сырья для производства глинозема бокситы гиббситового или гиббсит-бемитового типа [19,20,30,31]. Бокситы представляют собой сложную горную породу, в составе которой в виде различных соединений присутствует не менее 42 химических элементов. Одним из вариантов стабилизации технико-экономических показателей производства глинозема в АО «РУСАЛ Ачинск» и продления срока службы сырьевой базы может быть ввод в нефелиновую шихту некоторого количества низкожелезистых бокситов [21].

Вопрос о добавке бокситов к нефелиновой руде неоднократно рассматривался в АО «РУСАЛ Ачинск» с точки зрения роста выпуска глинозема при ограниченной мощности содового производства. В качестве алюминийсодержащих добавок были опробованы бокситы различных зарубежных месторождений. Так, в 1988 году было проведено лабораторное технологическое опробование низкокачественных краснооктябрьских бокситов (Республика Казахстан). Отобранная для исследований проба этих бокситов характеризовалась содержанием АЬ03 - 44,5 %; БЮ2 - 9,2 %; Са0 -0,4 %; Fe20з - 14,7 %; Б03 - 2,43 %. Результаты опробования показали принципиальную техническую возможность использования добавки данных бокситов в нефелиновую шихту. В 1992 году с целью комплексной оценки технико-экономической эффективности добавки боксита в нефелиновую шихту были проведены длительные промышленные испытания с вводом бокситов месторождения Парнас Кион (Греция) в количестве 2 - 5 % к весу нефелиновой руды. Содержание А1203 в данных бокситах составляло 53,7%; БЮ2 - 7,3%; Са0 - 0,8%; Fe20з - 21,1%; Б03 - 0,7%. Результаты лабораторных и промышленных испытаний показали, что с вводом 4 % боксита выпуск глинозема может быть увеличен на 2 - 4%, в зависимости от

содержания Al2O3 в боксите при некотором снижении химического выхода глинозема (до 0,5 %). Уменьшение выпуска соды при этом составляет до 15%. Как определено дальнейшими исследованиями, снижение извлечения компонентов связано с повышенным до 15 - 20 % содержания железа в боксите. Ввод дополнительной щелочи на связывание оксидов железа позволяет исключить снижение извлечения глинозема, но при этом дополнительно снижается выпуск соды.

В АО «РУСАЛ Ачинск» были проведены лабораторные исследования по оценке влияния бокситов рудников Сяои (Провинция Шаньси, Китай) на показатели процесса спекания и извлечение глинозема и щелочей в раствор при выщелачивании спеков. Проба данного боксита по сравнению с нефелиновой рудой характеризовалась повышенным содержанием алюминия, которое в пересчете на оксид алюминия составляла 72,8%. Содержание оксида железа в этом боксите составляло 1,4%, оксида кремния - 6,6%, оксида титана - 2,9%. Результаты исследований показали, что ввод 5% данной пробы бокситов в шихту приводил к увеличению содержания оксида алюминия в спеке с 16,5 до 17,9%. Проведенные исследования показали, что ввод бокситов с рудников Сяои в нефелиновую шихту приводит к некоторому повышению температуры спекания: при вводе 5% боксита на 3-4оС, за счет более низкого содержания железа в боксите.

В России имеется достаточно большое количество месторождений бокситов, но качество их относительно невысокое [20,21]. По усредненным данным качество Северо-Онежских бокситов характеризуется следующим химическим составом, % мас., соответственно: А1^3 - 53,1; БЮ2 - 17,9; Fе2Оз - 9,5; СаО - 1,2; БО3 - 0,32; О^ - 0,63; влажность - 20,2; п.п.п. составили - 13,2 %. По содержанию сульфатов Северо-Онежские бокситы относятся к сернистым, содержание SO3 колеблется в пределах 0,3-1,27%. Кроме того, в бокситах отличается повышенное содержание оксида хрома до 0,5-0,9%. В ноябре-декабре 1995 года на Ачинском глиноземном комбинате были проведены промышленные испытания по вводу в глиноземное

производство до 8 % Северо- Онежских бокситов в состав сухой рудной смеси, которые показали достаточную эффективность данной добавки. Однако повышенное содержание оксида железа ограничивает ввод этих бокситов в процесс, так как содержание Fe203 в нефелиновой руде строго ограничено и содержание оксида железа в среднем равно 4,5%. Добавка к нефелиновой руде компонента содержащего значительное количество железа, приводит к сужению пористости спеков и, как следствие, уменьшению извлечения глинозема и щелочей при выщелачивании [21].

В процессе испытаний были выявлены негативные факторы: смерзание бокситов в зимнее время и затруднение разгрузки железнодорожных вагонов, залипание течек транспортного и дробильного оборудования глинистыми фракциями, увеличение содержания соединений серы и хрома в алюминатных и содовых растворах.

Возможность совместной переработки проверена и на добавках в известняково-нефелиновую шихту бокситов Тиманского месторождения, но трудности их доставки и ввода в зимнее время сдерживают масштабное внедрение данной технологии [25]. Запасы бокситов Вежаю-Ворыквинской группы месторождений Среднего Тимана составляют около 36 млн.т, естественная влажность бокситов в недрах находится в пределах 14%. Бокситы месторождений Среднего Тимана в отличие от бокситов СевероОнежской группы характеризуются более низким содержанием соединений алюминия и кремния - 46,0-46,7 % и 11,8-12,0 % соответственно в пересчете на А1203 и БЮ2, и высоким содержанием железа - 26,1-26,7 % в пересчете на Fe20з.

Из разведанных месторождений бокситов в Восточной Сибири интерес представляет Чадобецкое месторождение, расположенное в 120 км к северо-востоку от поселка Богучаны. Данное месторождение характеризуется рассеянным залеганием рудных тел и высоким, до 23 - 42 %, содержанием железа, что затрудняет использование Чадобецких бокситов в существующей технологии производства глинозема по способу спекания без их

предварительного обогащения. Общие разведанные запасы бокситов

Список литературы диссертационного исследования кандидат наук Сахачев Алексей Юрьевич, 2018 год

- 32 с.

72. Виноградов С.А. Разработка эффективной технологии комплексной

переработки нефелинов с добавками бокситов: дис.... канд. техн. наук:

05.16.02 / С.А.Виноградов - Санкт-Петербург, 2009.- 157 с.

73. Пат. № 2599295, Российская Федерация, C01F 7/14; С22В 3/04. Способ разложения алюминатных растворов при переработке нефелинового сырья / В.М. Сизяков, В.Н. Бричкин, Д.А. Кремчеева, Е.Е. Гордюшенков; заявитель и патентообладатель: ФГБОУ ВО «Санкт-Петербургский горный университет».

- заявл. 12.12.2014, опубл. 10.10.2016.

74. Nurse, R.W. Phase equilibria and constitution of portland cement clinker / R.W. Nurse // Proc. 4th Intern. Symp. Chem. Gem (Washington (USA), 1962). Washington, 1962. - Vol. 1. - P. 9 - 21.

75. Пат. № 2450066, Российская Федерация, МПК С22В 21/00; C01F 7/38; С22В 1/14; С22В 3/04. Способ переработки нефелиновых руд для получения глинозема и содопродуктов / В.Г. Оголь, В.П. Ягин; заявитель и патентообладатель: В.Г. Оголь. - заявл. 11.03.2011, опубл. 10.05.2012.

76. Арлюк, Б.И. О повышении извлечения глинозема при выщелачивании нефелиновых спеков / Б.И. Арлюк, Е.М. Стешенко // Труды ВАМИ. - 1972. -№ 8. - С. 35 - 43.

77. Арлюк, Б.И. Влияние концентрации алюминатного раствора на процесс выщелачивания нефелиновых спеков / Б.И. Арлюк, Н.С. Шморгуненко, Л.И. Финкельштейн // Цветные металлы. - 1976. - № 2. - С. 43 - 47.

78. Пат. № 2300498, Российская Федерация, МПК С01Б 7/38. Способ переработки низкокачественных нефелиновых руд / А.Г. Пихтовников, В.И. Аникеев, О.А. Чащин, К.И. Долгирева, Ф.Г. Галиуллин; заявитель и патентообладатель: ОАО «РУСАЛ Ачинск». - № 2005111046/02, заявл. 14.04.2005, опубл. 20.10.2006.

79. Сизяков, В.М. Совершенствование технологии получения глинозема и повышение комплексности использования сырья / В.М. Сизяков, Л.Л. Нерославская // Труды ВАМИ. - Л., 1980. - С. 12 - 18.

80. Курносов, Б.В. Имитационная система управления технологическим процессом спекания нефелиново-известняковой шихты: дис.... канд. техн. наук: 05.13.06 / Б.В.Курносов - Красноярск, 2004.- 146с.

81. А.С.№ 1631929, СССР, С 01 Б 7/38. Способ управления приготовление шихты при переработке нефелинового сырья/А.И.Пивнев, Б.И.Арлюк, Ф.Г.Галлиулин, Ю.А.Юркин, К.И.Долгирева; заявитель: ВАМИ.-заявл.01.03.1989, опубл.01.11.1990.

82. Пат.№ 2259945, Российская Федерация, С 01 Б 7/38. Способ управления приготовление шихты при переработке нефелинового сырья/А.Г. Пихтовников, В.И.Аникеев, О.А.Чащин, К.И.Долгирева, И.И.Шепелев, С.В.Шепталин; заявитель и патентообладатель: ОАО «АГК».-заявл.15.01.2003, опубл.10.07.2004.

83. Ананьева, Н.Н. Исследование процессов кристаллизации гидроксида алюминия из алюминатных растворов и разработка технологии его укрупнения: дис... канд. техн. наук: 05.16.02 / Н.Н.Ананьева - Красноярск, 2004.- 158с.

84. Пат. № 2602564, Российская Федерация, МПК С01Б 7/08; С01Б 7/38; С01Б 7/06. Способ подготовки шихты в глиноземном производстве / В.М. Сизяков, В.Н. Бричкин, Е.А. Алексеева; заявитель и патентообладатель: ФГБОУ ВО «Санкт-Петербургский горный университет». - заявл. 26.11.2015, опубл. 20.11.2016.

85. Krause, F. Hydroseparations, Hydrocyclones and Classifiers as applied in the bayer process for degriting of digested bauxite and for sand washing to Recover Soda/ F.Krause, N.Beaton, K.Gruener // Light Metals, 1991.-Р.221 -227.

86. Patnair, S. Application of Hydrocyclones in Bayercircuit / S.Patnair, R.Brahma, P.Das // AIME Animual meeting. Anaheim, California, 1996.-Р.112-219.

87. Schmidt, M. The use of Hydrocyclones in classification separation and recovery of alumina trihydrate crystails.// University of West Indies,1994.-P.36-45.

88. James V. Thompson. Alumina Simple Chemistry complex Plans. //Engineering and Mining Journal, 1995.-Р. 42 - 49.

89. Шепелев, И.И. Исследование измельчаемости нефелиновой руды и шлака ферротитанового производства для переработки их по спекательной технологии/ И.И.Шепелев, Н.К.Алгебраистова, А.Ю.Сахачев и [др.] //Вестник ИрГТУ, 2017. - №11. - С.167-178.

90. Rant, Z. Die Erzenging von soda nach dem solvay venfahren / Forschungsistitut fir Berghau und Chemische Technologie Tuzla. - Sarajevo, 1968.-543p.

91. Зайцев, И.Д. Производство соды / И.Д.Зайцев, Г.А.Ткачук, Н.Д.Стоев -М.: Химия, 1986. - 312 с.

92. Зайцев, И.Д. Технология соды и содопродуктов/ И.Д.Зайцев, Н.А.Мейтлик// Харьков: Труд НИОХИМ, 1982. - Т.52. - С. 21 -35.

93. Справочник экспериментальных данных по растворимости многокомпонентных водно-солевых систем. - Л.: Химия, 1973.- Т. 1. - 893 с.

94. Исаров, Л.А. Содовая промышленность за рубежом. / Обзорн. информ. -М.: НИИТЭХИМ, 1982. - 37 с.

95. Ткач, Г.А. Массообменная аппаратура в производстве соды. / Обзор. информ. - М.: НИИТЭХИМ, 1978. - 21 с.

96. Варламов, М.Л. Производство кальцинированной соды и поташа при комплексной переработке нефелинового сырья / М.Л.Варламов, С.В.Беньковский, Е.Л.Кричевский. - М.: Наука, 1977. - 173 с.

97. Мирсаидов, Х.М. Комплексная переработка отходов производства алюминия с местным минеральным сырьем / Х.М.Мирсаидов, Х.С.Сафиев, Б.С.Ахзимов // Цветные металлы, 2003. - №2. - С. 67 - 71.

98. Пат. РФ № 2223913. Способ переработки содопоташного раствора. / Авт. Пихтовников А.Г., Насыров Г.З., Тесля В.Г., Аникеев В.И. и др. - опубл. 20.02.2004г.

99. Пат. РФ № 2241669. Способ переработки содопоташного раствора. / Авт. Пихтовников А.Г., Аникеев В.И., Насыров Г.З., Галиуллин Ф.Г. и др. - опуб. Б.И. №34 10.12.2004г.

100. Сизяков, В.М. О роли соды в процессе выщелачивания нефелиновых спеков / В.М. Сизяков // Цветные металлы. - 1974. - № 6. - С. 36 - 38.

101. Горбачев, С.Н. Особенности производства кальцинированной соды на ОАО «РУСАЛ Ачинск» / С.Н. Горбачев, А.В. Александров, В.А. Жбанова // Проблемы качества сырьевых материалов для предприятий стекольной промышленности: матер. междунар. Конференции- Москва, 19 апр. 2012 г. -М., 2012. - С. 10 - 14.

102. Санин, В.С. Новые гидрохимические способы получения глинозема. -Киев: Наук. думка, 1979. - 199 с.

103. Колесниченко, В.Т. Станция фильтрации производства кальцинированной соды. - М.: Химия, 1972. - 68 с.

104. Китлер, И.Н. Нефелины - комплексное сырье алюминиевой промышленности /И.Н.Китлер, Ю.А.Лайнер - М.: Металургиздат, 1962. -236 с.

105. Пихтовников, А.Г. Решение экологических проблем в ОАО «АГК» с использованием ресурсосберегающих технологий / А.Г.Пихтовников, И.И.Шепелев, В.И.Аникеев// Всерос. научно-практическая конференция «Непрерывное экологическое образование и экологические проблемы». Сб. докладов. - Красноярск, 2004. - С. 48 - 51.

106. Пат. № 2221747, Российская Федерация, МПК С01Б 7/38. Способ переработки нефелиновых руд / А.Г. Пихтовников, В.И. Аникеев, И.У.

Ахметов, Т.Н. Клименко, И.И. Шепелев, О.А. Чащин; заявитель и патентообладатель: ОАО «Ачинский глиноземный комбинат». - заявл. 15.04.2002, опубл. 20.01.2004.

107. Бычинский, В.А. Термохимический способ утилизации гипсоангидритовых полупродуктов в производство глинозема и попутной продукции /В.А.Бычинский, Н.В.Головных, А.Г.Пихтовников и [др.]// Известия вузов, Химия и химическая технология, 2011. - Т. 54.- № 10. - С. 8993.

108. Пихтовников, А.Г. Разработка ресурсосберегающих технологий получения глинозема с использованием вторичных ресурсов / А.Г.Пихтовников, В.И.Аникеев, И.И.Шепелев/ Сб. докл. XII Междун. научно-прак. конф. «Алюминий Сибири - 2002». - Красноярск, 2002. - С. 310 - 314.

109. Шепелев, И.И. Ресурсосберегающие технологии на основе использования гипсосодержащих отходов алюминиевого производства/И.И.Шепелев, Н.В.Головных, А.Ю.Сахачев //Экология промышленного производства, М.-2014. - №4.- С.15-20.

110. Шепелев, И.И. Химико-технологические особенности ресурсосберегающих процессов при утилизации твердых отходов металлургического производства /И.И.Шепелев, Н.Н.Бочков, А.Ю.Сахачев //Изв.вузов. Химия и химическая технология. - 2015. - Т.58.- Вып.1.- С.81-86.

111. Клебанов О.Б. Справочник технолога по обогащению руд цветных металлов / О.Б. Клебанов, Л.Я.Шубов, Н.К.Щеглова //М.: Недра. - 1971. -472с.

112. Козин, В. З. Опробование, контроль и автоматизация обогатительных процессов : учебник для вузов / В. З. Козин, О. Н. Тихонов. Москва : Недра, 1990. - 343 с.

113. Базанова, Н. М. Опробование и контроль процессов обогащения : учебное пособие / Н. М. Базанова, А. В. Курочкина. Москва : Недра, 1983. -103 с.

114. Остапенко, П.Е. Технологическая оценка минерального сырья. Методы исследования : справочник / П.Е. Остапенко. Москва : Недра, 1990. - 264 с.

115. Алгебраистова, Н.К. Исследование руд на обогатимость : учебное пособие / Н.К. Алгебраистова. Красноярск : СФУ, 2007. - 121 с.

116. Хамский, Е.В. Кристаллизация и физико-химические свойства кристаллических веществ. - Л.: Наука, 1969. - 268 с.

117. Бондарев, В.Л. Основы минералогии и кристаллографии с элементами петрографии. - М.: Высшая школа, 1986. - 287 с.

118. Масленицкий, Н.Н. Химический фазовый анализ алюминиевого сырья и неметаллических полезных ископаемых /Н.Н.Масленицкий, М.Н.Федорова, Р.С.Мильнер и [ и др.] -М.: Недра, 1983.- 178с.

119. Фекличев, В.Г. Диагностические спектры минералов. - М.: Недра, 1977.-288с.

120. Бокий, Г.Б. Рентгеноструктурный анализ / Г.Б. Бокий, М.Л. Порай-Кошиц // Под. ред. Н.В. Белова. Изд. 2-е. - М.: Изд-во МГУ, 1964. - Т. 1. - 488 с.

121. Арлюк, Б.И. Применение рентгеновского анализа для контроля качества нефелинового спека / Б.И. Арлюк, Ю.А. Швецов // Цветные металлы. - 1982. - № 3. - С. 41 - 43.

122. Разумов, К. А. Проектирование обогатительных фабрик : учебник для вузов / К. А. Разумов. - Москва : Недра, 1965.

123. Андреев, Е. Е. Дробление, измельчение и подготовка сырья к обогащению : учебник для вузов / Е. Е. Андреев, О. Н. Тихонов. - СПб : СПГГИ, 2007. - 439 с.

124. Федотов, К. В. Проектирование обогатительных фабрик : учебник для вузов / К. В. Федотов, Н. И. Никольская. - М.: «Горная книга», 2012. - 536 с.

125. Пивняк, Г.Г. Измельчение. Энергетика и технология / Г.Г. Пивняк. -Москва : Руда и Металлы, 2007. - 296 с.

126. Справочник по проектированию цементных заводов. - Л., Гипроцемент, 1969. - С.123-145.

127. Шепелев, И.И. Повышение раскрытия минералов с использованием электрофизического метода воздействия на пульпу /Минеральное сырье и природа. Сб.докл.Всесоюз.конференции.-Новосибирск,1988.-С.114-118.

128. Авакумов, Е.Г. Механические методы активации химических процессов. - Новосибирск: Наука, 1979.-268с.

129. Слепян, Л.И. Динамика трещины в решетке/Л.И.Слепян // Труды ДАН СССР, 1981. - Т.258.-№3.-С.561-565.

130. Молчанов, В.И. Активация минералов при измельчении/В.И.Молчанов, О.Г.Селезнева, Е.И.Жирнов. - М.: Наука, 1988.- 208с.

131. Исаева, Л.А. Глинозем в производстве алюминия электролизом /Л.А.Исаева, П.В.Поляков. - Краснотурьинск, - 2000. - 199 с.

132. Нерославская, Л.Л. Исследование качества глиноземсодержащего спека по результатам определения его фазового состава / Л.Л. Нерославская, В.Д. Рыбкин, И.Б. Фирфарова, Л.К. Цеховольский // Сб. науч. тр. - Л.: ВАМИ, 1983. - С. 15 - 20.

133. Аникеев, В.И. Опыт работы ОАО «АГК» по улучшению физико-химических свойств гидроксида алюминия и глинозема / В.И.Аникеев, Н.Н.Ананьева, Л.Н.Ковалев // Сб. докладов VI Междунар. науч.-практ. конф. «Алюминий Сибири - 2000», - Красноярск. - С. 234 - 236.

134. Пихтовников, А.Г. Совершенствование технологии получения глинозема с целью повышения его качественных характеристик /А.Г.Пихтовников, В.И.Аникеев, И.И.Шепелев// Изв. Вузов. Химия и химическая технология, 2005. - №4. - С. 78 - 82.

135. Ханамирова, А.А. Глинозем и пути уменьшения содержания в нем примесей. - Ереван, 1983. - С. 244 - 248.

136. Ходоров, Е.И. Техника спекания шихт глиноземной промышленности / Е.И. Ходоров, Н.С. Шморгуненко - М.: Металлургия, - 1978. - 320 с.

137. Карпов, И.К. Физико- химическое моделирование на ЭВМ в геохимии. - Новосибирск: Наука, 1981. - 247 с.

138. Шваров, Ю.В. О минимизации термодинамического потенциала открытой химической системы.: Геохимия, 1978, № 12. - С. 1892 - 1895

139. Карпов, И.К. Моделирование физико-химических превращений в мегасистеме вода-углеводороды-порода минимизацией шести термодинамических потенциалов / И.К.Карпов, А.Н.Степанов, К.В.Чудненко [и др.]//Геохимическое моделирование и материнские породы нефтегазоносных бассейнов. - Сант-Петербург: ВННИГИ, 1998. - С. 48 - 60.

140. Warga, J.A. A convergent procedure for solving the thermodynamic equilibrium problem // J.Soc. Ind. Appl. Mathematics, 1963, v. 11, № 3.-Р. 594 -606.

141. White W.B. Numerical determination of chemical equilibrium and the partitioning of free energy // J. Chem. Phys., 1967, v., 46, № 11.-Р. 4171 - 4175.

142. Brinkley, S.R.,Jr. Calculation of the equilibrium composition of systems of many constituents//J. Chem. Phys., 1947, v.l5, № 2.- Р. 107 - 110.

143. Naphtali, L.M. Complex chemical equilibria by minimizing free energy // J. Chem. Phys., 1959, v.31, № l.- Р. 263 - 264.

144. Карпов, И.К. Расчет сложных химических равновесий в поликомпонентных гетерогенных системах в геохимии / И.К.Карпов, Л.А.Казьмин // Геохимия, 1972, № 4. - С. 402 - 415.

145. Детсковская, В.А. Минимизация потенциала Гиббса гетерогенных мультисистем с учетом двусторонних ограничений на зависимые компоненты методом внутренних точек / В.А.Детсковская, К.В.Чудненко, И.К.Карпов. -Физико-химические модели в геохимии. - Новосибирск: Наука, 1988. - С. 43 - 51.

146. Karpov, I.K. Modelling chemical mass transfer in geochemical processes thеrmodynamic relations, conditions of equilibria, and numerical algorithms / I.K.Karpov., K.V. Chudnenko, D.A. Kulik // Amer. J. Sci., 1997, v. 297, № 8.-Р. 767 - 806.

147. Карпов, И.К.Термодинамическое моделирование геологических систем методом выпуклого программирования в условиях неопределенности/ И.К.Карпов, К.В.Чудненко, М.В.Артименко // Геология и геофизика, 1999, т. 40, № 7. - С. 971 - 988.

148. Shock, E.L. Calculation thermodynamic and transport properties of aqueous species at high pressures and temperatures: effective electrostatic radius to 10000°C and 5 kbar/ E.L Shock, E.H Oelkers, J.W.Johnson // J. Chem. Soc. London Faraday Trans. 1992, v.88.- Р. 803 - 826.

149. Karpov, I.K. Minimization of thermodynamic potential in geochemical modeling: State of the art. in Water - Rock Interaction / I.K. Karpov, K.V.Chudnenko, and D.AKulik //Proc.8th Inter. Symp. on Water - Rock interaction, Vladivostok, 1995.- Р. 733 - 735.

150. Chudnenko, K.V. Current status of the SELEKTOR software package, in Water - Rock Interaction, (eds. Y.K. Kharaka, and O.V. Chudaev) / K.V.Chudnenko, I.K.Karpov, V.A.Bychinskii // Proc.8th Inter. Symp on Water -Rock interaction, Vladivostok, 1995.- Р. 725 -727.

151. Головных, Н.В. Термодинамический анализ процессов образования гидроалюмокарбонатов натрия и калия / Н.В.Головных, А.А.Еруженец, М.В.Мишанина // Изв. вузов.: Цветная металлургия, 1991, №3. - С. 32 - 36.

152. Шепелев, И.И. Исследования алюминатных растворов с использованием компьютерного физико-химического моделирования / И.И.Шепелев, А.Г.Пихтовников, В.А.Бычинский//Изв. ВУЗов. Химия и Химическая технология, 2005, №3. - С. 43 - 46.

153. Карпов, И.К. Минимизация свободной энергии при расчете гетерогенных равновесий / И.К.Карпов, К.В.Чудненко, В.А.Бычинский [и др.] // Геология и геофизика, 1995, т. 36. № 4.- С. 3 - 21.

154. Levine, H.B. Chemical equilibrium in complex mixtures // J. Chem. Phys., 1962, v. 36, № 11.-Р. 3040 - 3050.

155. Истомин, С.П. Проблемы использования фторсодержащих отходов криолитовых и алюминиевых заводов. - Цветные металлы, 2002.- № 1. -С. 82-86.

156. Пашкевич, Л.А. Термография продуктов глиноземного производства/ Л.А.Пашкевич, В.А.Броневой, И.П.Краус. - М., Металлургия, 1983. - 126 с.

157. Бетехтин, А.Г. Минералогия. М., ГИТЛ, 1950. - 956 с.

158. Винчел, А. Оптические свойства искусственных минералов. Пер. с англ. - М., Изд-во «Мир», 1987. - 526 с.

159. Ни, Л.П. Физико-химические свойства сырья и продуктов глиноземного производства / Л.П.Ни, О.В.Халяпина. - Алма-Ата: Наука, 1978. - 247 с.

160. Рид, Р. Свойства газов и жидкостей. Справочное пособие/ Р.Рид, Дж.Праусниц, Т.Шервуд. - Л., Химия, 1982. - 592 с.

161. Абрамов, В.Я. Комплексная переработка нефелино-апатитового сырья / В.Я.Абрамов, А.И.Алексеев, Х.А.Бадальянц. - М.: Металлургия, 1990. - 392 с.

162. Реми, Г. Курс неорганической химии. Пер. с нем. - М., Мир, 1874, Т. 2. -775 с.

163. Головных, Н.В. Использование метода физико-химического моделирования в технологических системах глиноземного производства / Н.В.Головных, В.А.Бычинский, К.В.Чудненко [и др. ] // Сборник докладов XIV Международной конференции «Алюминий Сибири-2008». - Красноярск: ООО «Версо», 2008. - С. 342-346.

164. Yokokawa Н. Tables of thermodynamic properties of inorganic compounds. Journal of the national chemical laboratory for industry.-Tsukuba Ibaraki, Japan, 1988,v.83.- P. 27-118.

165. Ghiorso M.S. and Sack R.O. Chemical mass transfer in magmatic processes IV. A revised and internally consistent thermodynamic model for the interpolation and extrapolation of liquid-solid equilibria in magmatic systems at elevated temperatures and pressures.Contrib Mineral Petrol, 1995, v.119.- Р. 197-212.

166. Berman R.G. Internally-consistent thermodynamic data for minerals in the systems: Na2O-K2O-CaO-MgO-FeO-Fe2C>3-Al2O3-SiO2-TiO2-H2O-CO2, J. Petrol., 1988.-v29.- P.445-522.

167. Chase M.W. Thermodynamical Tables Third Edition // J. Phys. & Chem. Reference Data, 1985, v. 14, Supplement 1, part 1, 926 p., part 2, 1856 p.

168. Robie R.A. Thermodynamic properties of minerals and related substancies of 298.15 K and 1 bar pressure and at higher temperatures, U.S.Geol.Surv.Bull., 2113, Goverment Printing Office, Washington, 1995.-461p.

169. Ландия Н.А. Расчёт высокотемпературных теплоёмкостей неорганических веществ по стандартной энтропии. Изд. АН Груз.ССР, 1962. -221 с.

170. Киреев В.А. Методы практических расчетов в термодинамике химических реакций. - М., Изд. Химия, 1970. - 519 с.

Приложение А

Химические соединения термодинамической системы

Газовая фаза:

СО, СН4, СО2, CF4, COS, H2S, SO2, SO3, SOF2, SO2F2, CaF, NaF, NaOH, Na2SO4, NaAlF4, AlS, SiF4, SiO, HF, H2, H2O, O2

Конденсированные фазы и минералы:

Ca2SiO4 (cr) Ларнит CaAhSi2O8 (cr, gl) Анортит

Ca2Al2SiO7 (cr) Геленит СаАЬО4 (cr) Алюминат кальция

С&АШ6 (сг) 3-кальций алюминат СаАЦО7 (сг) Диалюминат кальция

CaO (cr) Известь CaCO3 (cr) Кальцит

CaSO4 (cr) Ангидрит CaF2 (cr) Флюорит

CaSO4-2H2O (cr) Гипс CaS (cr) Ольдгамит

CaHSO5,5 (cr) Гидросульфат кальция Ca(OH)2 (cr) Портландит

NaAlO2 (cr) Алюминат натрия NaAlSi3O8 (cr. gl) Альбит

NaAlSi2O6 (cr, gl) Жадеит NaAlSiO4 (cr, gl) Нефелин

NaAlSi2O6H2O (cr) Анальцим SiO2 (cr, gl) Кварц (стекло)

N2CO3 (cr) Сода Na2SO4 (cr) Тенардит

Na2SO3 (cr) Сульфит натрия Na2S (cr) Сульфид натрия

NaF (cr) Виллиомит Na3AlF6 (cr) Криолит

Al6Si2O6 (cr, gl) Муллит Al2(SO4)3 (cr) Сульфат алюминия

У-М2О3 (cr) Гамма- глинозем А-А12О3 (cr) Корунд

С (cr) Графит SiC (cr) Карборунд

Na2Ca(SO4)2 (cr) Глауберит Na«CO3(SO4)2 (cr) Беркеит

K2SO4(cr) Арканит 2K2SO4xNa2SO4 (cr) Глазерит

CaSO4 - Na2SO4, CaAhO4 - CaSO4, Ca2SiO4 - CaSO4 Твердые растворы (расплавы)

Примечание. ^ - кристаллическое вещество, gl - стекло, аморфное вещество

АКТ

промышленных испытаний по добавкам шлаков ферротитанового производства в шихту

г.Ачинск 05 ноября 2017г.

Мы, нижеподписавшиеся: Директор по производству АО «РУСАЯ Ачинск» Леконцев И.Н.; начальник сырьевого цеха АО «РУСАЯ Ачинск» Безруких О.И., Начальник группы технологической поддержки АО «РУСАЯ Ачинск» Александров A.B., составили настоящий акт о том, что нами проведены промышленные испытания по вводу шлаков ферротитанового производства в шихту.

1. Обоснование ввода шлаков ферротитанового производства

Отвальные глиноземистые шлаки ферротитанового производства ОАО «Ключевской Завод Ферросплавов» (КЗФ), запасы которых к настоящему времени оцениваются в 3 млн. тонн являются весьма привлекательным потенциальным техногенным сырьем. Учитывая, что по содержанию оксида алюминия эти шлаки превосходят бокситовые руды, указанные накопленные объемы вполне можно рассматривать в качестве добавочного сырьевого источника для глиноземных предприятий, имеющих передел спекания.

2. Условия проведения опытно - промышленных испытаний

Шлак поступал на АО "РУСАЯ Ачинск" в железнодорожных вагонах. Разгрузка шлака осуществлялась в промежутках между разгрузкой нефелиновой руды. Шлак после вагоноопрокидывателя системой конвейеров № 1а(б), № За(б), 5а(б) транспортировался в отделение дробления руды. После блока дробления шлак системой конвейеров №№ 9, 11, 12, 13 подавался в бункер 15(16) мельницы № 15(16) первой стадии измельчения нефелиновой руды ОПШ. Шлак подавался на автоматический ленточный дозатор непрерывного действия "КЛИМ-ВД" поз.5 (1) или 6 (2), нефелиновая руда подавалась на ленточный дозатор поз.5 (2), 6 (1) и далее в мельницу № 15 или № 16, где происходило их совместное измельчение.

Нефелиново-шлаковая пульпа с мельниц № 15 (16) поступала в мешалку № 8 (поз.7) (4,5x4,5), где смешивалась с нефелиновой пульпой мельницы № 15 (16), а затем насосом 8-ГРТ-8 (поз.8) перекачивалась в сборную мешалку нефелиновой пульпы № 5 на смешение с основным потоком нефелиновой

пульпы. Дальнейшее измельчение и переработка нефелиново-шлаковой пульпы производилось по существующей технологической инструкции ТИ 01-2010 «Производство глинозема».

Аппаратурно-технологическая схема ввода шлака приведена в приложении.

3.Контроль параметров при вводе шлаков

В период проведения испытаний производился контроль за техническим состоянием печей спекания (степень гарнисажеобразования в зоне спекания, состояние цепных зон печей спекания). Контроль осуществлялся по режимным показателям работы печей спекания согласно существующей карте режимных параметров.

4. Результаты опытно - промышленных испытаний

Всего за период испытаний в 2017г. в производство было введено 16362 т шлаков (-11,2 т/час), что составляло 2,3 % в составе сухой рудной смеси. Средний химический состав ферротитанового шлака, введённого в производство, представлен в таблице 1.

Отдельные технологические показатели производства в период подачи шлака приведены в таблице 2. Для оценки влияния ввода шлака выделены 2 периода работы: период № 1 (март-апрель) - без ввода шлака и период № 2 (май-1-22 июня) - с вводом шлака в количестве 2,1 %.

Таблица 1

Химический состав материалов

Дата отбора Концентрация компонента, %

МА2О мво А1.20З Я02 Б03 к2о СаО Ре203 ПП11 ТЮ2 Сг203

среднее 0,96 5,90 56,54 6,58 0,22 0,43 12,03 5,14 0,53 10,30 1,62

Таблица 2

Сравнительные показатели работы АО «РУСАЛ Ачинск»

Параметр январь февраль март апрель май 1-22 июня

1 2 3 4 5 6 7

Сырьевой цех:

Ввод шлака, % - - - - 2,3 2,3

Расчетное содержание А1203 в смеси (руда+шлак), % - - - • 27,05 26,81

Содержание А1203 в смеси (руда+шлак дозир. 2,72%) по БП, % - - - - 26,64 26,64

Содержание а!203 в руде, % 26,43 25,59 26,29 25,99 26,09 25,93

Содержание фр. +0,08 мм 8 шихте, % 9,8 10,4 11,1 11,8 11,6 12,2

Цех спекания:

Содержание А1203 в спеке, % 15,84 15,64 15,78 15,60 16,5 16,4

Влагоемкость спека, % 10,8 11,2 11,1 10,8 10,9 11,0

Мизв спека, ед. 1,92 1,93 1,93 1,92 1,92 1,92

Мщел спека, ед. 1,06 1,06 1,07 1,07 1,07 1,07

Мщел (Ре+5) спека, ед. 0,89 0,88 0,89 0,89 0,89 0,89

Стандартное извлечение, % 86,3 86,0 85,9 86,3 85,6 85,5

Производительность печей, т/ч 101,3 101,0 100,0 101,7 100,6 99,5

Цех гидрохимии:

Извлечение А1203 по шламу, %

-В-1 81,7 82,2 81,7 80,9 79,9 81,1

-В-2 83,2 83,7 83 82,9 82,2 82,2

Средневзвешенное извлечение А1203 по шламу, % 82,7 83,2 82,6 82,2 81,5 82,0

Содержание т.ф. п. 500, г/дмЗ 15,3 15,5 17,2 21,1 20,7 18,5

Из приведенных данных следует, что содержание А120з в спеке в период ввода шлака увеличилось на 0,6%. При этом по качеству спёка отмечено

снижение величины стандартного извлечения А1203 из спека на 0,7%. Одним из основных факторов оказавшим влияние на уровень стандартного извлечения является снижение качества нефелиновой руды. В отделении проточного выщелачивания с апреля отмечается снижение извлечения по отвальному шламу и рост механических потерь по сравнению с периодом январь-март, что связано с работой оборудования отделения. Имевшие место колебания величины стандартного и технологического извлечения А1203 из спёка были обусловлены в основном колебаниями химического состава сырья, а также периодическими отклонениями по качеству спёка (не связанные с вводом шлаком) в период испытаний.

В связи с увеличением потребности в щелочи для связывания глинозема из шлака увеличился возврат упаренных содовых растворов в 3 раза. При этом произошло снижение на 17% выхода соды кальцинированной в 100% исчислении.

В связи с тем, что содержание Сг203 в шлаках ферротитанового производства в 125 раз больше чем в нефелиновой руде, содержание ТЮ2 - в 29 раз дополнительно к схеме контроля осуществлялось определение соединений хрома и титана. На основании химических анализов, проведенных в ЦИЛ АО «РУСАП Ачинск» можно сделать вывод, что соединения ТЮ2, практически не выщелачиваются и полностью переходят из спека в шлам. По результатам контроля также установлено, что с вводом 2,3 % шлака содержание Сг203 в шихте увеличилось на 0,02%; в спеке печей 1-10 содержание Сг203 увеличилось на 0,03%. В алюминатном растворе не отмечено повышение концентрации Сг203. Следовательно, можно сделать вывод о переходе основной массы хрома при выщелачивании в нефелиновый шлам. В процессе обескремнивания часть хрома (с твердой фазой алюминатного раствора) перешла в белый шлам — содержание Сг203 в нем увеличилось на 0,017%. При этом не выявлено ухудшения процессов обескремнивания и регенерации при увеличении содержания хрома белом шламе. В содовом растворе передаваемого в цех кальцинированной соды не наблюдалось роста содержание хрома. При вводе шлака содержание Сг203 в содовом растворе составило 0,00048%. Такая концентрация хрома не вызвала осложнений в технологии содового производства. В глиноземе содержание соединений хрома за период проведения испытаний не изменилось.

5. Практические рекомендации

1. При вовлечении в переработку ферротитанового шлака следует учитывать немономинеральный характер распределения алюминия в шлаке. Алюмосодержащие минералы представлены, как минимум двумя видами минералов с существенно различным поведением при спекании. Увеличение извлечения глинозема при добавках ферротитанового шлака следует корректировать на неизвлекаемую в данных условиях часть оксида алюминия.

2. Для увеличения удельной производительности мельниц рекомендуется увеличить степень дробления в дробилках и ужесточить контроль над разгрузочной щелью дробилки;

3. Совместное измельчение шлака с нефелиновой рудой и известняком не обеспечивает полного раскрытия алюминий содержащих минералов. Шлаки требуют большее время измельчения для получения того же класса, чем нефелиновые руды. Учитывая большую, в сравнении с нефелиновой рудой, упорность шлака к измельчению, и зависимость тонины помола от многих факторов, считается целесообразно рассмотреть возможность реализации операции измельчения ферротитанового шлака по отдельной линии, в отдельной мельнице.

ПОДПИСИ:

Начальник группы технологической поддержки АО «РУСАЯ Ачинск»

АКТ

промышленного внедрения технологии по ввод}' гипсоангидритового техногенного сырья в известняково-нефелиновую шихту

г.Ачинск 16.12.2017г.

Настоящий акт составлен в том, что результаты диссертационной работы Сахачева Алексея Юрьевича по использованию гипсоангидритового техногенного сырья в качестве сульфатсодержащей добавки в известняково-нефелиновую шихту внедрены в технологический процесс получения глинозема и содопродуктов.

Добавку гипсоангидритового техногенного сырья (ГАТС) вводили в процесс глиноземного производства на АО «РУСАЛ Ачинск» в соответствии с технологической схемой приготовления шихты. Предварительно добавку ГАТС направляли в отделение дробления руды сырьевого цеха для совместного измельчения и смешивания с известняком. Весовое соотношение вводимой добавки к известняку в известняково-нефелиновых шихтах изменялось в пределах от 1 : 517 до 1 : 121. Полученные после спекания шихты спеки подвергались дроблению и выщелачиванию, после чего технологические алюминатные растворы отделялись от нефелинового шлама и направлялись в цех гидрохимии. Содово-сульфатные растворы (расход - 500 м3/час), полученные в результате очистки и карбонизации алюминатных растворов, поступали на переработку в цех кальцинированной соды.

На основании результатов моделирования, экспериментальных исследований и промышленного внедрения данной технологии было установлено, что содержание Са804 в шихте в указанных пределах дозировок ГАТС приводит к улучшению режимов спекания, при этом температура образования спека понижается на 30-70°С. Анализ проб исходных материалов, промежуточных и конечных продуктов, выполненный в центральной испытательной лаборатории АО «РУСАЛ Ачинск», показал, что по мере того, как сульфат кальция вступает в обменные реакции, в составе обжиговых минералов увеличивается содержание щелочных сульфатов - К2804, Ыа2804. При продвижении шихты по пространству печи оксиды серы, образующиеся при окислении пиритов и сгорании топлива, частично адсорбируются оксидными фазами, за счет чего образуется дополнительное количество сульфатов. Ввод в шихту ГАТС в количествах 0,15 -0,41 % мае. позволяет увеличить выпуск сульфата калия при переработке технологических растворов до 13400 тонн в год, а также снизить расход известняка при спекании исходных материалов до 35000 тонн в год.

Промышленное внедрение данной технологии показало, что использование добавки гипсоангидритового техногенного сырья в шихту для повышения содержания серы в известняковом компоненте экономически оправданно и позволяет обеспечить кроме этого экологический эффект от вовлечения в производство складированных полупродуктов завода фтористого алюминия.

Рекомендуется применение данной сульфатсодержащей добавки в шихту при снижении содержания серы в известняке, нефелиновой руде и топливе.

¿жтор института цветных металлов

ериаловедения СФУ, к.т.н., доц.

В.Н.Баранов

» /X 2017г.

АКТ внедрения

Настоящим подтверждается, что результаты диссертационной работы Сахачева Алексея Юрьевича по вводу в известняково-нефелиновую шихту алюминийсодержащих добавок используются в учебном процессе при чтении курса лекций «Металлургия глинозема и алюминия» для бакалавров и магистров института цветных металлов и материаловедения ФГБОУ ВО «Сибирский федеральный университет» по направлению 22.03.02 «Металлургия» и в программах подготовки и переподготовки специалистов в Центре дополнительного профессионального образования, созданного при институте ЦМиМ.

Заведующий кафедрой «Металлургия цветных металлов»,

д.х.н., проф.

Н.В. Белоусова

Доцент кафедры «Металлургия цветных металлов», к.т.н., доц.

Р.Я.Дашкевич

Руководитель Центра ДПО, к.т.н., доц.

Н.С.Перфильева

ОАО «РУСАЛ Ачинский глкншшлын комбннщ» ЦЕНТРАЛЬНАЯ ИСПЫТАТЕЛЬНАЯ ЛАБОРАТОРИЯ

Россия, бС215Г),К^ДСп0ярСКйй край, Т. Ачинск, ЮА'ная Прамэопа, кяартал XI!, етромчя 1 Теп.: (39151)3-56-75

ПРОТОКОЛ ИСПЫТАНИЙ Хы 11-0002-11

Гипеосодаржащм отводы

Зпкиэчнк, отнпданнс ДЛЯ испытанна Цех щшышннрованной соды СЗ № 07-12-293 от 03102. Дана получения (йггйвра) пПразцпа для -испытаний; 06.0i.2007

Дт а проведен ия испытаний;

06-08.02.2007

Определяемые ■Ед, хам. . ПрибаЛЪ 0^64 Гипсо содержащие отхода! Обозначение ИД на МВ.

Потери мпссы при НРОКЯЛНЧАНЛИ 10,? МШ 2-2005

! Массовая доля ' дНОКСИдП кремния 0,40 ГОСТ 7619.4-Х]

Массовая доля оксида калышя - ■ ^ 37,4 ГОСТ 7619.2-81

Ма-ссопап доля дкеида мнпшя - % 0,25 ГОСТ 7Й19.2-81

Мйсиовпя доля 0К011ДН ЙХ91Ш (Ш) . % ■ 0,37 ГОСТ 7619.Ь-Й!

Массовая доля Оксида алюминия % ■' ' 1,55 ■ ГОСТ 7619.3-81

Массовая доля' оксида.серы (\'П. "Л 49.1 ГОСТ 7619.7-«1

Массовая доли оксида натрия % 0,08 МВИ 36-03-57-2002

Мндаити доля . оксида калия' % 0,10

Массовая доля фторид-иона ) % ■ ■ ■ 1,10 ГОСТ 761 «-81

Подписи ЛЯЦ, ответственны* за проведение испытаний: Начальник ЦИЛ

. Нача-ньцнк ХАО

Начальник ФХО

|ик.о.1 е» может 1Ч-"

Н.Н. Гижи цнал Н.С, Ситвихова Р.Н. Кривошеспз

[Ч'М воспроизведён без письменного разрешения лаборатории

стр. "