Переработка отходов глиноземного производства тема автореферата и диссертации по химии, 02.00.01 ВАК РФ

Введение

Глава 1 Обзор литературы по переработке отходов глиноземного производства

Глава 2 Исследование состава и свойств исходного красного шлама

Глава 3 Исследование условий максимального извлечения глинозема и щелочи из красного шлама и содо-сульфатной смеси

3.1. Спекательные методы переработки красных шламов в присутствии карбоната натрия с различными добавками

3.2. Использование сульфата натрия при спекании глиноземсодержащих шихт

3.3. О дозировке сульфата натрия и угля

3.4. Спекание со до-сульфатно-известняковых шихт

3.5. Изучение процесса спекания красного шлама с содо-сульфатной смесью

3.6. Изучение условий выщелачивания при извлечении глинозема в раствор

3.7. Извлечение щелочи из красного шлама и содо-сульфатной смеси

3.8. Расчет окупаемости получения глинозема и щелочи из красного шлама и содо- сульфатной смеси

Глава 4 Исследование гранулометрического состава и гидроциклонирование красных шламов

Глава 5 Получение железоокисных пигментов из красных шламов

Глава 6 Расчет окупаемости производства железоокисного пигмента. Описание продукции

Глава 7 Использование красного шлама и полученного из него железоокисного пигмента для окрашивания кирпича и крупных блоков Заключение.

Ускоренное развитие экономики в условиях научно-технического прогресса порождает ряд острых проблем, связанных с взаимодействием общества и окружающей среды. Экономический рост ведет к увеличению отходов производства, повышению уровня загрязнения биосферы, ускоренной эксплуатации природных ресурсов (в том числе невозобновляемых). Эти процессы ухудшают качество жизни населения, и требуют увеличения расходов на добычу природного сырья и охрану окружающей среды.

В частности, на территории г. Краснотурьинска, вблизи Богословского алюминиевого завода (ОАО «БАЗ») уже 55 лет существуют шламовые поля, занимающие 345 гектаров земли, которая выведена из землепользования. Экологическая обстановка в городе непосредственно связана с наличием этих шламовых полей, с которых в воду и воздух уносятся вредные вещества (табл.1).

Таблица 1

Выбросы ОАО «БАЗ» по годам, тонн/год

Ингредиент 1994 1995 1996 1997 1998

Всего, в том числе: 45601,017 43500,231 42582,608 42297,494 41816,487

Твердые 28181,861 26387,755 25547,346 25617,817 24088,327

Из их:: пыль неорганич. 24335,170 22622,070 21700,399 21919,577 19484,822

Жидкие: щелочь 1386,680 1375,250 1392,000 1350,000 1343,260

В таблице 2 представлены данные ущерба, причиняемого годовым выбросом загрязнений в атмосферу. ОАО «БАЗ» вынуждено платить огромные штрафы (таблица 3). 3

Таблица 2

Данные ущерба, причиняемого выбросом загрязнений в 1997-1998 г.г.

Наименование веществ Масса выброса в 1997г., тонн/год Масса выброса в 1998г., тонн/год Коэффиц. агрессивности Ущерб, 1997 год, руб./год Ущерб, 1998 год, руб./год

Пыль неорганич. 21919,577 19484,822 55,0 1612903,1 1440318,0

Щелочь 1350,0 1343,260 219,0 170294,4 169444,2

Таблица 3

Размер платежей, начисляемых предприятию за загрязнение окружающей среды, тыс. руб.

Вид ресурса 1995 год 1996 год 1997 год 1998 год

Воздух 1568,9 2717,7 2254,6 2225,8

Вода 528,8 916,0 759,9 750,2

Земля 2106,4 3648,8 3027,1 2988,4

Недра 166,1 287,6 238,7 235,7

ИТОГО: 4370,2 7570,1 6280,3 6200,1

Поэтому назрела необходимость перерабатывать красные шламы, частично очистить занимаемую ими территорию, а также использовать другие отходы глиноземного производства, в частности, содо-сульфатную смесь.

Поскольку решению именно этих задач посвящена выполненная работа, то выбранная тема диссертации является актуальной.

Целью работы являлось изучение состава и свойств исходных продуктов, которые являются многокомпонентными системами, исследование условий максимального извлечения глинозема- А^Оз и щелочи-Ка2Ок из красного шлама и содо-сульфатной смеси, изучение условий переработки красного шлама на железоокисный пигмент и определение областей применения пигмента.

В соответствии с поставленной целью были определены задачи: определить химический, фазовый, минералогический, гранулометрический состав отвальных красных шламов;

- установить распределение минералов, содержащих соединения алюминия, железа, кремния, серы и т.д. по классам крупности; 4

- установить условия максимального извлечения А1203 и На2Ок из красного шлама и содо-сульфатной смеси с целью возвращения их в основное производство;

- после исследования распределения компонентов по классам крупности провести процесс гидроциклонирования красных шламов для отбивки песков и определения возможности увеличения в сливе содержания соединений железа; разработать технологию получения из красного шлама железоокисного пигмента и провести технико-экономическую оценку рентабельности производства пигмента;

- разработать технологический регламент, технические условия получения железоокисного пигмента;

- получить пигмент в промышленных условиях; провести исследования по применению полученного пигмента в производстве краски, кирпичей, крупных блоков.

Для решения поставленных задач применены методы исследований:

- проведен анализ литературы, научных и технических достижений в мировой практике по переработке красных шламов - отходов глиноземного производства;

- исследован химический, фазовый, гранулометрический состав красных шламов;

- проведено гидроциклонирование для изучения распределения компонентов шлама в сливе и песках; на лабораторных установках проведены многочисленные эксперименты по изучению процесса спекания красного шлама с содо-сульфатной смесью, выщелачиванию глинозема и щелочи из спека ;

- определены условия получения красного железооксидного пигмента из красного шлама;

- проведены промышленные испытания технологии получения пигмента и определения областей его применения.

В исследованиях использованы различные физико-химические методы анализа (весовой, химический анализ на определенные компоненты, рентгенофазовый, термографический, ИК спектроскопический, гранулометрический).

Научная новизна проведенной работы по изучению переработки отходов глиноземного производства заключается в том, что в качестве исходных материалов использовались исключительно отходы ( красный шлам и содо-сульфатная смесь) одного завода - ОАО «БАЗ» (г.Краснотурьинск). В процессе исследования определены оптимальные условия спекания красного шлама с содо-сульфатной смесью, выщелачивания глинозема из спека, извлечения щелочи из спека. Для исследования возможности применения других ценных компонентов шлама-оксида железа(Ш) и двуокиси титана был проведен гранулометрический анализ шлама с определением химического состава фракций. Из мелких фракций, которые были отделены гидроциклонированием, получен железоокисный пигмент. Получен патент Российской Федерации «Способ получения железоокисных пигментов». Проведено технико-экономическое обоснование рентабельности переработки красного шлама на железоокисный пигмент. Проведены промышленные испытания переработки красного шлама на железоокисный пигмент. Проведены исследования по применению полученного пигмента на кирпичном и железобетонном заводах, принадлежащих ОАО «БАЗ» (г. Краснотурьинск), т.е. получился замкнутый цикл.

Практическая ценность выполненной работы заключается в следующем: проведенные исследования позволили часть красного шлама использовать для извлечения глинозема и щелочи и возвращения их в основное производство, а другую часть красного шлама применить для получения железоокисного пигмента, на производство которого разработаны технологический регламент, технические условия.

На защиту выносятся:

- определение химического, фазового, гранулометрического, минералогического состава красного шлама - отхода алюминиевого производства ОАО «БАЗ» г. Краснотурьинск, а также продуктов его гидроциклонирования;

- данные о процессе спекания красного шлама с содо-сульфатной смесью и выщелачивания глинозема и щелочи из спека;

- технология производства железоокисного пигмента и исследование его свойств и способов применения;

- технико-экономический расчет рентабельности организации производства железоокисного пигмента из красного шлама.

Диссертационная работа состоит из введения, семи глав (основная часть), заключения, библиографического списка, включающего 77 наименований работ отечественных и зарубежных авторов. * Работа содержит 22 рисунка, 29 таблиц и 8 приложений. В приложения входят: технологический регламент; технические условия; гигиенический сертификат; патент РФ; акты о промышленном применении железоокисного пигмента; лицензионный договор; стандарт предприятия, в соответствии с которым проводился химический анализ.

Выводы.

Введение красного шлама (до 8%) и железоокисного пигмента (до 8%) позволяет улучшить цвет кирпича, увеличить усадку, повысить прочность .

Добавки пигмента можно рекомендовать для декоративного окрашивания в розовато-сиреневый цвет фактурного слоя крупных блоков. Такие блоки были применены для строительства 106-квартирного дома ОАО «БАЗ» в г. Краснотурьинске (приложение 6).

90

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

1. Выполнен анализ научных исследований по переработке красных шламов - отходов глиноземного производства. Предлагаемые способы переработки, как правило, сложны и трудоемки, требуют больших капитальных затрат и дополнительного оборудования, которое не используется в глиноземном производстве.

2. Изучен химический, минералогический, фазовый, гранулометрический состав красного шлама ОАО «БАЗ» (г.Краснотурьинск) для определения областей его возможного применения. Установлено, что в мелких фракциях (-0,01) концентрируются минералы, содержащие железо, двуокись титана ; карбонаты и сера, в основном, сосредоточены в более крупных классах. Алюминий- и кремнийсодержащие минералы равномерно распределены по классам крупности.

3. Установлены условия рационального, недорогого способа переработки красного шлама с одновременным использованием еще одного отхода глиноземного производства- содо-сульфатной смеси. Найдено, что из одной тонны красного шлама и одной тонны содо-сульфатной смеси могут быть получены следующие продукты: А1203 -0,1248 т, №2Ок -0,0458 т. Произведен расчет окупаемости предложенной схемы переработки.

4. Проведено гидроциклонирование красного шлама, что позволило отделить мелкие фракции с содержанием Ре20з - 53%. Исследованы параметры процесса гидроциклонирования.

5. Разработаны условия получения из мелкой фракции, отделенной гидроциклонированием шлама, красного железоокисного пигмента. Получен патент РФ «Способ получения железоокисных пигментов».

6. Произведен расчет окупаемости производства железоокисного пигмента из отходов глиноземного производства. Установлено, что срок окупаемости проекта составляет 1 год, а при достижении объема выпуска продукта 807,9 тонн проект начинает приносить прибыль.

7. Разработан технологический регламент и технические условия на производство красного железоокисного пигмента. Проведены промышленные испытания получения пигмента, применения его для приготовления краски и окрашивания фактурного слоя крупных блоков. Организован участок по производству пигмента на производственных площадях КВТК.

8.Исследована возможность использования красного шлама и получаемого из него пигмента для окрашивания кирпича .

91

1. Бенеславский С.И. Минералогия бокситов,- М.: Недра, 1974,- 168 с.

2. Корнеев В.И., Сусс А.Г., Цеховой А.И. Красные шламы. Свойства, складирование, применение. М.: Металлургия, 1991,- 143 с.

3. Шморгуненко Н.С., Корнеев В.И. Комплексная переработка и использование отвальных шламов глиноземного производства. М.: Металлургия, 1982. - 129 с.

4. Мальц Н.С. Новое производство глинозема по схемам Байер спекание. М.: Металлургия , 1989.- 130 с.

5. Hegenbarh R. Verwertung von Rotschlamm // Alimiiniiim.-BRD,-1972,- Bd. 48.-№ 11,-S. 748-750.

6. Пустильник Г.Л., Нестерова Т.Е. Комплексная переработка бокситов и другого алюминийсодержащего сырья за рубежом,- М.: Цветметинформация, 1972.-24с.

7. Пустильник Г.Л. Современное состояние и перспективы комплексной переработки красных шламов глиноземного производства за рубежом.- М.: Цветметинформация, 1975.-С.З-40

8. Розен Я.Б., Синелыцикова Н.В. Переработка отходов глиноземного производства.-М. : ЦНИИЭиИЦМ, 1981 .-50с.

9. Труды ВАМИ. Металлургиздат., 1940 . № 20.

10. Кузнецов С.И. Проблемы комплексной переработки бокситов Северного Урала. //Известия Вузов. Цвет, металлургия,- 1979.-№ 3.-С.84-88.

11. Митяш В.Г., Кудинов Б.З., Леонтьев Л.И. Восстановительный обжиг красного шлама во вращающейся печи.// Уральск, научн. Центр АН СССР,-1977,- вып. 30,- с.103 105.

12. Митяш В.Г., Кудинов Б.З., Леонтьев Л.И. Полупромышленные испытания металлургической переработки красных шламов во вращающейся печи // Цветная металлургия. -1967,- № 1,- с. 63 -65.

13. Ушакова В.А., Лисогор А.П. Комплексная переработка красных шламов// Цветная металлургия. 1972 .- № 10 .- с. 63 - 65.

14. Lagomeras Vladimir G. Komplexe Verarbeitung des Rotschlames // Neue Hutte 1975 ,-v. 20 .- № 3 .- S. 145 -152.92

15. Ejima Tatsuhiko, Shimakade Kazuyoshi, Hoshi Masayoski. Получение окиси алюминия из красного шлама.// КейкиндБоку, J. Jop. Inst. Light Metals. 1977.-V.27 № 10 .- S. 465 -472.

16. Лайнер А.И., Симакова Л.Г., Паукер В.И. Извлечение глинозема из высокожелезистого красного шлама // Известия Вузов. Цвет. Мет,- 1974 .- № 2.-С. 58-61.

17. Ни Л.П., Пономарев В.Д. Извлечение глинозема способом автоклавного выщелачивания // Изв. АН Каз. ССР, серия металлургии, обогащ. и огнеуп,-1958,-вып. 1 .-С. 36-42.

18. Киселев В.А., Леонтьев Л.И., Кудинов Б.З. О некоторых параметрах переработки красных шламов на чугун и глинозем // Труды ин-та мет. Свердловск,- 1967 вып. 14 .- С. 89 -93 .

19. Мухымбекова М.Д., Рахимов А.Р., Пономарев В.Д. Переработка алюмосиликатных шлаков (на глинозем ) способом спекания с содой // Труды хим. мет. ин-та АН Каз. ССР. - 1969 .- т. 11.- С. 9 - 16.

20. Садыков Ж.С., Чернова Р.Г., Пермитина Н.Г., Нумагамбетов Х.Н. О сульфидном разложении отвального шлама // Металлургия и металловедение .- 1977 .-№6,- С. 106-112.

21. Садыков Ж.С., Чернова Р.Г., Юрмитина Н.Г. О составе красного шлама после обработки сернистым газом в водной суспензии // Металлургия и обогащение .- 1977 .- № 12 .- С. 44 50.

22. Christadoulou S. // Trav. com. int. etude baxites, alumine etalum.- 1976.-№ 13,-P 321 -327.

23. The appligation of iron during-extaction for the separation of iron during the production of aluminia /Muhl P.,Gloe K., Fischer C. and ot.//Hydrometallurgy-1980.-v.5-№2-3-P. 161-178.

24. Shibata Junji, Nishimura Sanji.Применение жидкостной экстракции при получении чистого глинозема из красного шлама//Фусэн, Flotation.- 1983-v.30-№3-Р.99-106.

25. Игаки Кэндо, Исики Минору. Эффективное извлечение металлов из красного шлама.//Японская заявка.Кл.10А22,(С22В7/00),№54-142192,3аявка27.04.78, №53-50486,опубл.06.11.79.

26. Получение скандийсодержащего концентрата из низкокремнистого боксита в опытно-заводских условиях // Калужский H.A., Райзман В.Л., Абдулвалиев В.В и др.//Цветная металлургия.-1990-№7-С.73-74.

27. Способ переработки красного шлама глиноземного производства/Анашкин В.С.,Климентенок Г.Н., Скарин О.И. и др. Авт.свид. 1505898 СССР, МКИ С 01 F 7/00, №4225426/23-02 ,заявл.04.03.87, опубл.07.09.89, Бюл.№33.93

28. Конык O.A., Кожемякина Т.И., Антонова С.Ю. Физико-химические особенности извлечения цветных редких и редкоземельных металлов из обожженных красных шламов Среднего Тимана // Труды Уральск. Отд. АН СССР. -1990. № 109 .- С. 64 - 72.

29. Смирнов Д.И., Молчанова Г.В., Водолазов А.И. Сорбционное выщелачивание скандия из красных шламов // Цветные металлы. 1995.- № Ю - С. 44 -46.

30. Миллер В.Я., Иванов А.И. Получение глинозема из красного шламаУ/ Цветные металлы.-1963.-№2-С.44-49

31. Манвелян М.Г., Ханамирова A.A. Обескремнивание щелочных алюми-натных растворов. Ереван.: АН Армянской ССР, 1973. С. 52 - 98.

32. Ни Л.П. Щелочные гидрохимические способы переработки высококремнистых бокситов. Алма Ата.: Наука , 1967 . С.140.

33. Лайнер А.И., Еремин Н.И., Лайнер Ю.А. Производство глинозема. М.: Металлургия, 1978,- С. 268.

34. Абжапаров А. И., Нурмагамбетов Х.Н. Спекание красного шлама с глиной // Изв. Вуз. Цветная металлургия .- 1977,- № 5.- С. 148 -149.

35. Зарубин А.И. Извлечение галлия, ванадия и скандия из продуктов глиноземного производства./ Труды ин-та металлургии и обогащения АН Каз. ССР, Алма Ата .: Наука , 1967,- Т.25 С. 87.

36. Пономарев В.Д. и др. Способ переработки красного шлама, содержащего титан. Авт. Свид. № 117647. Бюллетень изобретений .- 1959.-№ 2.- С. 26.

37. Пащенко A.A., Бакланов Г.М., Мясникова Е.А. Новые цементы. Киев. Будевельник., 1978 .- 220 с.

38. Ткачев K.B., Запольский Ф.К., Кассиль Ю.К. Технология коагулянтов., Л.: Химия. 1978,- 183 с.

39. Пак. В.Н., Обухова Н.Г. Сорбция катионов Sr24" и Си из водных растворов железосодержащих шламов// Журнал прикладной химии.-1995,-т.68-№21. С.214-217.94

40. НиЛ.П., Халяпина О.Б. Физико-химические свойства сырья и продуктов глиноземного производства.- Алма-Ата: Наука, 1978.-247с.

41. Накамото К. Инфракрасные спектры неорганических и координационных соединений. М.: МИР, 1966.- 411с.

42. Аракалян О.М. Исследование фазового и минералогического состава продуктов спекания ненасыщенной шихты // Кандидатская диссертация.- Л.,-1957 С.120.

43. Розентретер Р.Г.,Береснева Н.С., Горюнова А.А.О получении глинозема методом спекании алюмосиликатов с известняком, содой и восстановителем// Цветные металлы-1963 .-№3 -С .42-47.

44. Лилеев И.С., Розентретер Р.Г., Авдеева Т.И. О химизме процесса спекании сульфатосодержащих глиноземных шихт// Труды химико-металлургического института АН СССР.- I960.- вып. 15.-С. 11-25 .

45. Стрюков Ф.А. О спекании боксита с содой и известняком// Труды ВАМИ.- 1940.- № 20.- С.80-83.

46. Лабутин Г.В. Спекание боксита с содой и известняком в присутствии восстановителя // Отчет ВАМИ.- 1944.

47. Ильинский В.П., Сагайдачный А.Ф., Матвеев Г.П. Спекание четырехкомпонентной шихты// Труды ГИПХ.- 1932.- № 16.- С.54- 60.

48. Пономарев В.Д. Использование сульфата натрия в глиноземной промышленности (сульфидный способ извлечения глинозема); Автореф. дис.канд.техн. наук.- Свердловск, 1946.- 21 с.

49. Лилеев И.С., Розентретер Р.Г., Авдеева Т.И. О химизме процесса спекания сульфатсодержащих шихт. // Труды химико-металлургического института АН СССР.-I960.-вып.15.-С.11-25.

50. Фейн Ю.Е. Применение сульфата натрия в стекловарении//Легкая промышленность.- 1946.- № 1-2.

51. Розентретер Р.Г., Ткачева B.C., Горюнова A.A., Лилеев И.С. О спекании содо-сульфатно-известняковых шихт// Труды химико-металлургического института АН СССР.- I960.- вып. 15,- 41-54 с.

52. Калиниченко И.И., Колесникова М.П., Соколов В.И., Никоненко Е.А., Пуртов А.И. Переработка отходов глиноземного производства// Неорганические материалы.- 1994-Т.ЗО, № 3 С.431-432.95

53. Зеленов В.И. Методика исследования золотосодержащих руд. М.: Недра, 1978-С.20.

54. Калиниченко И.И., Колесникова М.П., Никоненко Е.А. Соколов В.И., Пуртов А.И. Гранулометрический состав красных шламов. Депон. в ВИНИТИ 21.06.96-№2053-В96., Екатеринбург, 1996.-5с.

55. Калиниченко И.И., Никоненко Е.А., Колесникова М.П., Соколов В.И., Пуртов А.И. Гидроциклонирование красных шламов. Депон. ВИНИТИ 27.09.96.- № 2892-В96, Екатеринбург,!996.-6с.

56. Олевский В.А. Конструкции и расчет механических классификаторов и гидроциклонов.-М. :Недра, 1960-С.242.

57. Пашкевич JI.A., Броневой В.А., Краус И.П. Термография продуктов глиноземного проииводства.- М.: Металлургия, 1983.- 138 с.

58. Сырье и полупродукты для лакокрасочных материалов, справочное пособие / Гольдберг М.М., Ермолаева Т.А., Лившиц M.JI. и др; под редакцией М.М. Гольдберга М.: Химия, 1978.- 512 с.

59. Методы технического анализа пигментных производств/ И.П.Добровольский, Большакова, A.B. Жолнин и др.; под редакцией И.П.Добровольского. Челябинск: Южно-уральское кн.изд., 1973.- 247 с.

60. Калиниченко И.И., Соколов В.И., Никоненко Е.А.,. Колесникова М.П., Пуртов А.И. Способ получения железоокисных пигментов.// Патент РФ № 2047631.- 10.11.95- Бюл. №31.

61. Калиниченко И.И., Колесникова М.П., Никоненко Е.А. Получение железоокисных пигментов из красных шламов// Выставка "Техноген 97". 1997., Тез. докл. - Екатеринбург, 1997.- С. 10.

62. Бизнес план инвестиционного проекта / Рабочая тетрадь предпринимателя для разработки бизнес - плана. - М: Агроконсалт, 1996,- 144 с.

63. Колесникова М.П., Сайгофаров С.С., М.П., Никоненко Е:А., Калиниченко И.И., Кочнева Т.П., Суркова H.A. Использование красного шлама для окрашивания кирпича//Стекло и керамика. 1998.- № 3.- С. 7-8.

64. Калиниченко И.И., Колесникова М.П., Блифернец H.A., Зенков C.B. Никоненко Е.А. Расчет окупаемости производства железоокисных пигментов из отходов алюминиевого производства.//Лакокрасочные материалы-1999.-№2-С.20-22.96

65. Калиниченко И.И., Колесникова М.П., Никоненко Е.А. Исследование условий максимального извлечения А1203 и №2Ок из красного шлама и содо-сульфатной смеси// Выставка "Техноген 99" ,., Тез. докл. - Екатеринбург: 1999.-С.10.

66. Переработка красных шламов и содо-сульфатных отходов глиноземного производства/ Отчет о научно-исследовательской работе. УПИ -Свердловск:-1984.-№ гос. регистрации 01830017904.- 34с.

67. Кирпич и камни керамические. Технические условия: ГОСТ 530-95. Введ.01.07.96 М., 1996 - 26 с. - (Межгосударственная научно-техническая комиссия по стандартизации и техническому нормированию).

68. Кирпич и камни керамические и силикатные. Методы определения водопоглощения, плотности и контроля морозостойкости: ГОСТ 7025-91. Введён 01.07.91. М., 1991 - 17 с. - (Государственный строительный комитет СССР).

69. Материалы стеновые. Методы определения пределов прочности при сжатии и изгибе: ГОСТ 8462-85. Введён 01.07.85. М., 1985 -8с.-(Государственный строительный комитет СССР).

70. Железооксидные пигменты // Химическая энциклопедия. М., 1990. - Т.2 - С. 274.

71. Пигменты // Химическая энциклопедия. М., 1992. - Т.З - С. 1009 - 1013.

72. Книгина Г. И., Вершинина 3. Н., Тацки Л. Н. Лабораторные работы по технологии строительной керамики и искусственных пористых заполнителей. М.: Высшая школа, 1977. - 207с.