Способ переработки глиноземсодержащих углистых отходов

(51)7 22 3/00, 01 7/26 НАЦИОНАЛЬНОЕ ПАТЕНТНОЕ ВЕДОМСТВО РЕСПУБЛИКИ КАЗАХСТАН(72) Рахимов Абикен РахимовичКерейбаева Римма АнварбековнаБалмаева Людмила МоисеевнаМалышев Виталий ПавловичЛайнер Юрий АбрамовичБалапанов Малик КойшибаевичСотченко Раиса Калиновна Пак Светлана Ивановна(73) Дочернее государственное предприятие Химико-металлургический институт Республиканского государственного предприятия Национальный центр по комплексной переработке минерального сырья Республики Казахстан Министерства науки и высшего образования(54) СПОСОБ ПЕРЕРАБОТКИ ГЛИНОЗЕМСОДЕРЖАЩИХ УГЛИСТЫХ ОТХОДОВ(57) Изобретение относится к металлургической и химической промышленности и может быть использовано для производства глинозема и коагулянта. Для повышения извлечения глинозема, производительности фильтрования и качества готового продукта глиноземсодержащие углистые отходы дробят, обжигают, выщелачивание проводят при дозированной подаче обожженной породы со скоростью 0,25 - 0,75 т/ч до рН 1,9-2,1 в течение 2 часов, затем равномерным дозированием вводят 15-25 от основной перерабатываемой массы обожженной породы до рН 2,7-3,3 в течение одного часа, фильтрование проводят при температуре 60-90 С, крупности материала 0,15-0,37 мм, высоте слоя осадка на фильтре 3-5 мм, количестве добавляемого полиакриламида 10-40 мг/л при остаточном содержании углерода в обожженной породе 0,47-0,74 . 10787 Изобретение относится к металлургической и химической промышленности и может быть использовано для производства глинозема и коагулянта. Известен способ переработки породных отвалов угольных шахт, включающий дробление, обжиг в кипящем слое, магнитную сепарацию, выщелачивание азотной кислотой, отделение раствора фильтрованием пульпы, кристаллизацию А 3)39 Н 2 О( ,,.-85,, 1985, . 149-167). Недостатком способа является низкое извлечение глинозема в раствор (59 ) при значительной продолжительности выщелачивания (5 часов). Наиболее близким к изобретению техническим решением (прототип) является способ переработки глиноземсодержащих углистых отходов, включающий дробление, обжиг в шахтной печи при температуре 550-600 С в течение 90 мин., крупности материала 8-12 мм и скорости подаваемого воздуха 0,91,0 м/с, выщелачивание серной кислотой, отделение раствора фильтрованием пульпы (предпатент РК 5304, приоритет от 28.08.95). Недостатками известного способа являются низкое извлечение глинозема и сложность процесса фильтрования. В условиях протекания процесса по прототипу при температуре выщелачивания 104 С и количестве кислоты 150 к стехиометрии снижается качество получаемого продукта из-за высокого содержания свободной серной кислоты. Фильтрование проводится в следующих условиях температуре 90 С без добавления флокулянтов, контроля остаточного содержания углерода в огарке, крупности материала и высоты слоя осадка, а поскольку, кроме глинозема, в сернокислый раствор переходит монокремневая кислота, осложняется процесс разделения пульпы, что связано с образованием системы зольгель. Помимо золя кремневой кислоты, значительное влияние на процесс фильтрования оказывает остаточное содержание углерода в обожженной породе, избыточное количество которого образует смолистую пленку на поверхности фильтровальной перегородки, что повышает удельное сопротивление осадка и снижает производительность фильтрования. Высокое извлечение глинозема достигается только в жестких условиях выщелачивания (температура - 104 С, количество серной кислоты к стехиометрии - 150 ), что также снижает качество продукта за счет повышенного содержания свободной серной кислоты. Для повышения извлечения глинозема, производительности фильтрования и качества продукта глиноземсодержащие углистые отходы после дробления до крупности -128 мм обжигают в шахтной печи при температуре 550-600 С и продолжительности 90 мин. При скорости подаваемого воздуха 0,91,0 м/с. После обжига глиноземсодержащие углистые отходы имеют следующий химический состав 36,98 А 2 О 3, 52,242, 0,34 еобщ, 0,99, 0,48, 1,48 Т 2, 0,41 С, 6,21 п.п.п. После измельчения до 0,5 мм проводится вы 2 щелачивание при дозированной подаче обожженной породы со скоростью 0,25-0,75 т/ч до рН, равной 1,9-21, в течение 2 часов, затем равномерным дозированием вводят 15-25 от основной перерабатываемой массы обожженной породы до рН 2,7-3,3 в течение одного часа. Фильтрование пульпы проводят при температуре 60-90 С, крупности материала 0,15-0,37 мм, высоте слоя осадка на фильтре 3-5 мм,количестве добавляемого полиакриламида 1040 мг/л при остаточном содержании углерода в обожженной породе 0,47-0 74 . Общими существенными признаками прототипа и предлагаемого способа являются дробление, обжиг, выщелачивание огарка серной кислотой, отделение раствора фильтрованием пульпы. Отличительными признаками предлагаемого способа являются выщелачивание при дозированной подаче обожженной породы при определенном рН и продолжительности выщелачивания, фильтрование при определенном сочетании технологических параметров, отсутствие гелеобразного кремнезема при выщелачивании и фильтровании пульпы. Отличие предлагаемой технологии достигается тем, что после обжига глиноземсодержащих углистых отходов выщелачивание проводится при дозированной подаче обожженной породы со скоростью 0,25 - 0,75 т/ч до рН 1,9-2,1 в течение 2 часов, затем равномерным дозированием вводят 15-25 от основной перерабатываемой массы обожженной породы до рН 2,7-3,3 в течение одного часа. Фильтрование пульпы проводят при температуре 60-90 С,крупности материала 0,15-0,37 мм, высоте слоя осадка на фильтре 3-5 мм, количестве добавляемого полиакриламида 10-40 мг/л при остаточном содержании углерода в обожженной породе 0,47-0,74 . При выщелачивании обожженной породы серной кислотой до рН, равной 2, в раствор переходит максимальное количество кислоторастворимого глинозема. Гелеобразный кремнезем в растворе при р,равной 2, отсутствует. Кроме того, в растворе содержится значительное количество серной кислоты,что снижает качество готового продукта (содержание оксида алюминия в растворе сульфата алюминия- 9-9,5 и отсутствие свободной серной кислоты). Поэтому добавление новой порции обожженной породы нейтрализует свободную серную кислоту с образованием сульфата алюминия, что повышает содержание глинозема в готовом продукте. Фильтрование полидисперсной пульпы позволяет получить рыхлый осадок с крупными частицами, что снижает удельное сопротивление осадка и повышает производительность процесса. Фильтрование при высоких температурах позволяет избежать кристаллизации и потери сульфата алюминия на фильтре. Примеры конкретного выполнения способа По предлагаемому способу глиноземсодержащие углистые отходы Борлинского месторождения обжигают при температуре 550-600 С и продолжительности 90 мин., при скорости подаваемого воздуха 0,9-1,0 м/с. Полученную обожженную породу после измельчения выщелачивают серной кислотой 10787 при дозированной подаче обожженной породы со скоростью 0,25 - 0,75 т/ч до , равной 1,9-2,1, в течение 2 часов, затем равномерным дозированном вводят 15-25 от основной перерабатываемой массы обожженной породы до , равной 2,7-3,3, в течение одного часа. Пульпу после выщелачивания фильтруют при температуре 60-90 С, крупности материала 0,15-0,37 мм, высоте слоя осадка на фильтре 3-5 мм, количестве добавляемого полиакриламида 10-40 мг/л при остаточном содержании углерода в обожженной породе 0,47-0,74 . Результаты выщелачивания обожженной породы серной кислотой представлены в табл.1, результаты фильтрования пульпы - в табл. 2. Анализ результатов экспериментов показывает,что цель предполагаемого изобретения достигается выщелачиванием при дозированной подаче обожженной породы со скоростью 0,25-0,75 т/ч до рН,равной 1,9-2,1, в течение 2 часов и затем равномерным дозированным введением 15-25 от основной перерабатываемой массы обожженной породы до рН, равной 2,7-3,3, в течение одного часа. Фильтрованием пульпы при температуре 60-90 С, крупности материала 0,15-0,37 мм, высоте слоя осадка на фильтре 3-5 мм, количестве добавляемого полиакриламида 10-40 мг/л при остаточном содержании углерода в обожженной породе 0,47-0,74 . Снижение рН при первой подаче обожженной породы до 1,8 (скорость подачи обожженной породы - 0,25 т/ч) увеличивает содержание свободной серной кислоты, а повышение рН до 2,2 практически не изменяет извлечение глинозема в раствор (скорость подачи - 0,75 т/ч). Последующее равномерное дозирование обожженной породы, менее 15 , до , равной 2,5, не позволяет полностью нейтрализовать свободную серную кислоту, что снижает качество готового продукта увеличение рН до 3,5 (при дозированной подаче 25 от основной массы) снижает извлечение глинозема за счет гидролиза сульфата алюминия с образованием нерастворимого осадка гидроксида алюминия. В табл. 1 в условиях опытов 1 и 2 достигается достаточно высокая степень извлечения оксида алюминия в раствор 89,04 , 89,2 , однако такой раствор содержит значительное количество остаточной серной кислоты 0,064 , 0,032 , что неприемлемо для качества получаемого продукта сульфата алюминия. Поэтому оптимальными условиями, которые отвечают всем предъявляемым требованиям, являются условия опыта 7 (степень извлечения оксида алюминия в раствор - 89,02 ,сульфат алюминия не содержит свободную серную кислоту). При снижении температуры фильтрования до 50 С уменьшается растворимость сульфата алюминия, что приводит к кристаллизации его на фильтре и потере глинозема (табл. 2,1, 2). Повышение температуры до 95 С приводит к гелеобразованию кремнезема, что резко снижает производительность процесса (табл. 2,4, 5), кроме того, испарение жидкой фазы при температуре 95 С и более может осложнить процесс аппаратурно и отразиться на экономической целесообразности технологической цепи в целом. Крупность материала определяет скорость осаждения твердых частиц, пористость осадка, тип фильтрования. Уменьшение крупности материала до 0,08 мм и высоты слоя осадка на фильтре до 2 мм снижает производительность из-за полидисперсности системы, т.е. мелкие частицы забивают поры фильтровальной перегородки и тем самым снижают производительность процесса (табл. 2,6), а увеличение крупности материала выше 0,37 мм и высоты слоя осадка на фильтре до 10 мм снижает производительность фильтрования за счет возрастания удельного сопротивления осадка, неравномерно распределенные частицы полидисперсной пульпы,проникая в поры фильтровальной перегородки, образуют малопористый осадок (табл. 2,13). Количество добавляемого полиакриламида меньше 10 мг/л не оказывает влияния на процесс(табл. 2,14), а выше 40 мг/л способствует пептизации, повышению удельного сопротивлению осадка и снижению производительности фильтрования(табл. 2,17). Остаточное содержание углерода в обожженной породе после обжига, в результате которого кислотоупорный каолинит углистой породы превращается в кислоторастворимый метакаолинит, осложняет процесс фильтрования. При содержании углерода 0,74 и выше происходит образование смолистой пленки, которая изменяет поверхностное натяжение системы на фильтре, повышает этим удельное сопротивление осадка и снижает производительность фильтрования (табл. 2,21, 22). Кроме того, тонкодисперсные частицы углерода способны проникать в поры фильтровальной перегородки, повышая е сопротивление и уменьшая производительность фильтрования. Содержание остаточного углерода 0,2 -0,47 значительно повышает производительность фильтрования (468,37 кг/м 2 ч), однако получение обожженной породы с содержанием углерода ниже 0,47 связано с трудностями, возникающими при обжиге породы в шахтной печи (температура не выше 700 С во избежание образования труднорастворимого муллита вместо метакаолинита), а также со значительными энергетическими затратами при обжиге. Поэтому оптимальными выбраны условия опыта 16 с производительностью фильтрования 409,81 кг/м 2 ч. 10787 Таблица 1 Результаты экспериментов по выщелачиванию Условия выщелачивания до рН 1,9-2,1 2 О 4,РН Условия выщелачивания до рН 2,7-3,3 порН т, мин 2 О 4,извлечение дачи,Результаты экспериментов по фильтрованию, 10787 ФОРМУЛА ИЗОБРЕТЕНИЯ Способ переработки глиноземсодержащих углистых отходов, включающий дробление, обжиг, выщелачивание огарка серной кислотой, отделение раствора фильтрованием пульпы, отличающийся тем, что выщелачивание проводят при дозированной подаче обожженной породы со скоростью 0,25-0,75 т/ч до рН, равной 1,9-2,1, в течение 2 ча сов, затем равномерным дозированием вводят 1525 от основной перерабатываемой массы обожженной породы до рН, равной 2,7-3,3, в течение одного часа, фильтрование пульпы проводят при температуре 60-90 С, крупности материала 0,15-0,37 мм, высоте слоя осадка на фильтре 3-5 мм, количестве добавляемого полиакриламида 10-40 мг/л при остаточном содержании углерода в обожженной породе 0,47-0,74.