Селективное извлечение иттрия из шламов глиноземного производства

      A, S –содержание и в боксите, поступающем на мокрый размол;

      N –содержание в оборонном растворе.

 

 

 

В этом количестве оборотного раствора содержится, кг:

 ………………...6,7·127,0=850,9

………………..6,7·285,65=1913,86

……………….. 6,7·24,30=162,81

……………………6,7·17,25=111,40

……………………6,7·975,80=6537,86

Итого…………………9576,83

Полученные данные сводим в таблицу 2.3.

После выщелачивания боксита весь глинозем боксита за вычетом связанного с в виде гидроалюмосиликата натрия и частично недовыщелоченного переходит в раствор, а все примеси остаются в шламе.

 

В красном шламе содержится, кг:

 …………………..242,46

……………………141,0

 …………………...456,65

 …………………….140,30

 …………………….289,73

Прочие………………….99,22

П.п.п…………………….57,5

Итого……………………1426,86

Для расчета п.п.п. исходим из того, что общее их количество складывается в основном из двух статей: образование гидроалюмосиликата натрия () и нахождения в составе .

Принимаем, что весь кремнезем находится в составе ГАСН; тогда п.п.п. в нем составит: 140,30·2·18/120=42,09. Принимаем, что 10% от всего оксида железа в шламе находится в форме ; тогда количество п.п.п. составит: 456,65·54·0,1/160=15,41. Общее количество п.п.п. составит: 42,09+15,41=57,5 кг.

При Ж:Т в сгустителе 3,0 с 1426,86 кг красного шлама будет увлекаться 4280,58 кг алюминатного раствора, в котором содержится, кг:

 ………………...4280,58·122,5/1250=419,50

………………..4280,58·126,60/1250=433,54

……………….. 4280,58·13,40/1250=45,89

……………………4280,58·9,50/1250=32,53

……………………4280,58·978,0/1250=3349,13

Это количество и за вычетом потерь вследствие разложения и недоотмывки шлама будет возвращено на разбавление автоклавной пульпы с 1-ой промводой от противоточной промывки красного шлама. В 1-ой промводе содержится, кг:

 ………………...419,50-9,57-7,45=402,48

………………..433,54-7,7=425,84

……………….. 45,89

……………………32,53

Количество в 1-ой промводе рассчитываем следующим образом. В алюминатном растворе содержится : 1659,02-9,57-7,45=1642,0 кг. На это количество приходится : 1659,02·978,0/122,5=13245,07 кг. Тогда с 1-ой промводой вносится воды: 13245,07+3349,13-7103,82=9490,38 кг.

Баланс выщелачивания представлен в таблице 2.4, а баланс сгущения в таблице 2.5.

 

2. Ветвь спекания

На спекание поступает красный шлам из ветви Байера. С ним увлекается отвальная вода. Состав приведен в таблице 2.6.

На спекание поступает оборотная («рыжая») сода, выделяющаяся при упаривании маточного раствора. В составе «рыжей» соды будет выделено 
: 234,67+1,0=235,67 кг, где 234,67-количество , поступающее с бокситом, 1,0-количество , поглощаемое из воздуха. Это количество свяжет 330,56 кг в моногидрат соды. Тогда масса моногидрата составит 661,23 кг, в том числе 96,0 кг. С этим количеством «рыжей» соды увлекается 165,31 кг или 0,116 оборотного раствора (25% от массы влажного моногидрата), в котором содержится, кг:

 ………………...14,73

………………..33,14

……………….. 2,81

……………………2,0

……………………113,19

На спекание также поступает белый шлам от обескремнивания алюминатного раствора спекательной ветви. Количество его рассчитываем следующим образом: при выщелачивании спека, в раствор перейдет  252,03+7,45+7,0-1,04-2,07-1,30-37,63-1,04-0,78=222,62 кг, где 7,0- составляет 2,7% оборота с «рыжей» содой и белым шламом; 252,03+7,45 – содержание , в красном шламе, поступающем на спекание; остальное – потери на переделах спекания; при кремневом модуле алюминатного раствора, равном 7,52, в растворе будет содержатся  222,62/7,52=29,60кг.

Для простоты расчета принимаем, что весь кремнезем при обескремнивании раствора выделяется в осадок в виде ГАСН состава . Тогда в белом шламе, поступающем на спекание, содержится, кг:

 …………………..29,60·102/120=25,16

……………………29,60·62/120=15,29

 …………………….29,60

 …………………….29,60·36/120=8,88

Итого…………………..78,93

В отфильтрованном и промытом белом шламе при влажности его 35% содержится промводы: 78,93·35/65=42,50 кг, в которой 0,30 кг, 0,30 кг и 41,9 кг .

В шихте, поступающей на спекание, содержится , кг: 140,30+29,60=169,9.

При молярном отношении в шихте :=2,0  на связывание 169,9 кг в 2· потребуется 2,0·169,9/60=5,66 моля, или 316,96 кг, в том числе 289,73 кг в составе красного шлама, 27,23 кг в составе известняка.

Следовательно, сухого известняка должно быть подано:

27,23/(0,54-0,028)=53,18 кг, где 0,54 - содержание  в 1 кг известняка, 0,028- количество , связываемое с известняка в 2·,  на 1 кг известняка.

В известняке так же содержится, кг:  

…………………...53,18·0,54=28,72

……………….. …53,18·0,015=0,81

……………………53,18·0,424=22,55

……………………53,18·0,06=3,19

Прочие……………….53,18·0,021=11,17

Масса твердого в шихте составляет, кг:

1369,36+15,15+565,23+52,68+70,05+53,18+106,0+0,6=2232,25 , где 1369,36-масса твердого в красном  шламе; 15,15-масса твердого в промводе, увлекаемой красным шламом; 565,23-масса  твердого в моногидрате соды («рыжей»); 52,68- масса твердого в оборотном  растворе, увлекаемом «рыжей» содой; 70,05- масса твердого в белом  шламе; 0,6-масса твердого в алюминатном  растворе, увлекаемом белым шламом; 106,0-масса твердого в водимой  кальцинированной соде; 53,18-масса  сухого известняка.

Масса влаги в шихте, поступающей на спекание, составляет: 57,5+2955,62+96,0+113,19+8,88+41,9+1,6+3,19=3277,88.

При влажности шихты 35% масса жидкости должна составлять 1201,98, т.е. красный шлам, поступающий с ветви Байера, должен быть отфильтрован и содержать 2955,62-(3277,88-1201,98)=879,72 кг. Таким образом, в промывную систему ветви Байера будет поступать воды меньше на    2955,62-879,72=2075,9 кг.

Свежей воды на промывку красного шлама будет подаваться:     9099,76-2075,9=7023,86 кг.

Баланс приготовления шихты для спекания представлен в таблице 2.7, а баланс спекания и дробления спека, в таблице 2.8.

Выщелачивание спека осуществляется горячей водой или слабым содощелочным раствором в перкаляционном выщелачивателе, где одновременно происходит и отмывка отвального красного шлама. Алюминатный раствор должен иметь =1,45÷1,55. При выщелачивании спека, в раствор переходят алюминат натрия и небольшая часть кремнезема, все примеси остаются в шламе.

В этом шламе содержится, кг:

 …………………..37,63

……………………32,10

 …………………..449,52

 …………………….136,25

 …………………….308,85

Прочие…………………109,63

П.п.п……………………78,34

Итого……………………1181,92

В раствор переходит  268,26-(37,63+1,04+0,78)=228,81 и 29,6 кг. В шламе остается  136,25 кг.

При влажности отвального шлама 35% с ним увлекается: 1181,87·0,35/0,65=636,39 кг жидкости, в том числе 0,78 кг и 0,80 кг, из-за недоотмывки и 634,81 кг.

При концентрации в алюминатном растворе 135 г/л и плотности раствора 1250 на 228,81 кг раствора приходится 228,81·991,43/135,0=1680,36 кг.

Следовательно, на промывку шлама (и выщелачивание спека) необходимо подать воды 78,34+(636,39-0,78-0,80)+1680,36=2393,51кг.

Баланс выщелачивания спека представлен в таблице 2.9, баланс обескремнивания в таблице 2.10, а баланс фильтрации и промывки белого шлама, поступающего на спекание в таблице 2.11.

При перемешивании и охлаждении алюминатного раствора с затравкой гидроксида алюминия происходит разложение, сопровождающееся выпадением гидроксида алюминия в осадок. Выпавший гидроксид отделяют от маточного раствора, промывают и прокаливают при температуре 1100-1200°C, получая глинозем. Маточный раствор направляют на упаривание и выделение соды.

Для получения 1т глинозема, содержащего 98,5% , на кальцинацию должно поступать  985+9,57=994,57 кг. С этим  количеством в составе гидроксида алюминия связано кристаллизационной воды 994,57·3·18/120=526,54 кг. Итого 1521,11кг.

В маточном растворе остается, кг: 1641,99+194,63+8,20-994,57-6,38=843,87; 13245,07+1633,89+105,62-526,54=14458,04

Вся щелочь за вычетом потерь на декомпозицию и кальцинацию остается в маточном растворе, кг:

 1738,77+536,77+1,54-4,8-4,0=2268,28;   179,90;  346,07.

Состав маточного раствора:

 ………………...843,87

………………..2268,28

……………….. 179,90

……………………346,07

……………………14458,04

Итого………………….18096,16

При затравочном отношении 2,0 с затравкой поступает 1844,82·2=3689,64 кг и 1952,19 кг, всего затравки 5641,83 кг.

При влажности отфильтрованной затравки 25% с затравкой поступает маточного раствора 5641,83·25/75=1880,61 кг, в котором содержится, кг:

1880,61·0,0486=91,397; 1880,61·0,1092=205,363; 1880,61·0,0102=19,182; 1880,61·0,0072=13,540;   1551,128 (по разности).

При Ж:Т в продукционном гидроксиде 1,0 вместе с ним на промывку поступает 1521,11 кг маточного раствора, в котором содержится, кг: 73,92; 166,10; 15,52; 10,95; 1254,62. Полученные результаты расчетов сведены в таблицах 2.12-2.15.

Принимаем, что при промывке продукционного гидроксида алюминия вся щелочь, за исключением потерь при кальцинации и с готовой продукцией, отмывается и возвращается с промводой на выпарку. С 4,0 кг  связано 1,62 кг . Тогда с гидроксидом на кальцинацию поступает  994,57-1,62=992,95 кг. [6]

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

В данной работе был рассмотрен способ селективного извлечения иттрия из шламов глиноземного производства. Экспериментально установлена возможность вскрытия красного шлама соляной кислотой и извлечение около 70% иттрия. Использование оборота кислотных растворов, сорбции и десорбции на катионите КУ-28, а так же использование экстракции фосфорорганическими соединениями позволяет снизить потери иттрия в технологических узлах и получить конечный продукт, в виде оксида иттрия около 50% от исходного содержания в красном шламе.

Попутное получение гипса, железистых и глиноземных концентратов, а так же коагулянта, пригодного для  нейтрализации  щелочных  стоков позволяет рассматривать данную технологию как комплексную.

Внедрение и аппаратурное оформление данной технологической схемы позволит перерабатывать красный шлам, являющийся отходами глиноземного производства. Это позволит не только получить дополнительные товарные продукты, но и улучшить экологическую обстановку в районах расположения данных производств. 

Переработка отходов различных предприятий в настоящее время очень актуальная проблема. И не смотря на то, что это может дать новые источники для получения не только редкоземельных элементов, а так же пополнить сырьевую базу для элементов, получаемых из более богатых источников, разработки в данном направлении не находят широкого распространения и, как правило, остаются только на бумаге.

 

 

 

 

 

 

 

БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК

1. Селективное извлечение иттрия из шламов глиноземного производства. Пасечник Л.А., Яценко А.С., Яценко С.П., Скрябнева Л.М. / «Цветные металлы». 2013. №12. стр. 39-43.
2. Иттрий. /Популярная библиотека химических элементов. n-t.ru электронная библиотека «Наука и техника».
3. Пат. 2057196 РФ. Способ извлечения иттрия / Диев В. Н., Сабирзянов Н. А., Анашкин В. С., Скребнева Л. М., Яценко С. П. ; опубл. 27.03.1996.
4. Иттрий /Химическая энциклопедия. www.xumuk.ru/encyklopedia.
5. Фильтры водоподготовительных производств. Конструкция и основные размеры./ Министерство тяжелого, энергетического и транспортного машиностроения. Москва. От 30 января 1974 г.
6. Технологические расчеты в производстве глинозема. Самарянова Л.Б. Лайнер А.И./ изд. «Металлургия», Москва, 1988г.
7. Избирательное извлечение иттрия из красного шлама глиноземного производства.  Яценко С.П., Скачков В.М., Пасечник Л.А./ Химическая технология и биотехнология новых материалов и

продуктов. IV Международная конференция Российского

химического общества им. Д.И. Менделеева: тезисы докладов./ Москва. 2012 г.