Регистрация / Вход
Прислать материал

Разработка технологии и создание опытной установки для переработки низкосортного алюминиевого сырья

Номер контракта: 14.577.21.0127

Руководитель: Сизяков Виктор Михайлович

Должность: профессор

Организация: федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Санкт-Петербургский горный университет"
Организация докладчика: федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Национальный минерально-сырьевой университет "Горный"

Аннотация скачать
Постер скачать
Презентация скачать
Ключевые слова:
технология производства глинозёма, переработка низкокачественного сырья, производство попутной продукции, оптимизация операционных режимов, расширение номенклатуры и повышение качества продукции

Цель проекта:
1. Реализуемый проект направлен на решение сырьевой проблемы отечественного металлургического комплекса для производства глинозёма и алюминия. На сегодняшний день он характеризуется отсутствием прироста сырьевых запасов и дефицитом глинозёма в количестве около 52%, который восполняется за счёт импорта, для загрузки имеющихся производственных мощностей алюминиевых заводов. 2. Разработка комплекса научно-технических решений по созданию технологии и экспериментального образца установки для глубокой, экологически безопасной и энергоэффективной переработки низкокачественной руды и алюминийсодержащих техногенных отходов на высокотехнологичных производственных установках и аппаратах, обеспечивающих высокую степень извлечения металлургического глинозема и получения товарных продуктов многофункционального назначения с повышением уровня конкурентоспособности алюминиевой отрасли.

Основные планируемые результаты проекта:
1.Научно обосновано направление исследований по переработке низкосортного алюминиевого сырья с использованием спекательной технологии, включающей применение инновационных технических решений на всех основных переделах технологического процесса производства глинозёма, включая сухое приготовление шихты, низкотемпературное выщелачивание спёка, глубокую очистку от примесей алюминатных растворов с использованием активированных материалов, управление потоками производства портландцементного клинкера при утилизации белитового шлама и производство продукции с высокой добавленной стоимостью. Проведены термодинамические расчёты и выполнена оценка основных химических взаимодействий, протекающих в физико-химических системах при переработке низкосортного алюминиевого сырья. Создан необходимый научный задел для определения оптимальных условий переработки низкосортного алюминиевого сырья и достижения заданных технологических показателей. Выполнено теоретическое обоснование и экспериментальное исследование закономерностей массопереноса в технологически значимых процессах, осуществляемых в системах глинозёмного производства при переработке низкосортного сырья. Проведены оптимизационные исследования технологических процессов спекания низкосортного алюминиевого сырья и выщелачивания спёка, синтеза активных реагентов, обескремнивания и разложения алюминатных растворов с получением продукционного гидроксида алюминия. Выполнено физико-химическое моделирование процессов химического осаждения продуктов и полупродуктов глинозёмного производства.
2. Создаваемая технология рассчитана на переработку низкосортного алюминиевого сырья с получением традиционной и попутной продукции с высокой добавленной стоимостью (гидроксиды и оксиды алюминия высокой дисперсности, многофункциональные ионообменники, специальные сорта портландцемента и др.). Научно-технической продукцией проекта являются технологические решения и режимы осуществления технологических операций для переработки низкосортного алюминиевого сырья, увеличения качества и выхода традиционной продукции, получения продукции с высокой добавленной стоимостью. В состав научно-технической продукции входит документация на экспериментальный образец установки и её эксплуатацию, лабораторный технологический регламент для комплексной переработки низкосортного алюминиевого сырья, методические разработки и др. отчётная документация.

Краткая характеристика создаваемой/созданной научной (научно-технической, инновационной) продукции:
1. Конечным продуктом выполняемого проекта является комплекс научно-технических решений по созданию технологии и экспериментального образца установки для глубокой, экологически безопасной и энергоэффективной переработки низкокачественной руды и алюминийсодержащих техногенных отходов, соответствующий современным требованиям по степени экологической безопасности производства, востребованности и конкурентоспособности получаемой продукции.
2. Научная и технологическая новизна разрабатываемых решений и используемых методик обусловлена применением новых видов сырьевых материалов, решением вопросов повышения эффективности производства традиционной продукции и получением новых видов попутной продукции.
3. Ввиду ориентации мировой промышленности преимущественно на переработку высококачественного бокситового сырья, подобный зарубежный опыт практически отсутствует. В тоже время Россия имеет безусловный приоритет в области переработки нефелинового сырья применительно к месторождениям Красноярского края и региона Хибинского горного массива. При этом ориентация разрабатываемых решений на использование ресурсосберегающих процессов и производство продукции с высокой добавленной стоимостью соответствует мировым тенденциям в переработке низкокачественного сырья.
4. Достижение заявленного результата обеспечивается использованием в составе шихты низкосортного алюминиевого сырья и сухого способа её приготовления, подбором режима спекания шихты и выщелачивания алюминатных спёков, оптимизацией условий получения традиционной и попутной продукции.

Назначение и область применения, эффекты от внедрения результатов проекта:
1. Планируемые результаты имеют значение для развития теории и практики глинозёмного производства с получением импортозамещающей продукции на основе развития отечественного минерально-сырьевого комплекса и использования материалов техногенного происхождения смежных производств и отраслей.
2. Результаты проекта имеют значение для внедрения на предприятиях отечественного металлургического комплекса для производства глинозёма и алюминия.
3. Достижение планируемых результатов позволяет рассчитывать на рост обоснованной заинтересованности производственного сектора к использованию низкосортного алюминиевого сырья и полученной научно-технической продукции при при формировании планов дальнейших исследований и проведении исследований более высокого уровня.
4. С учётом исчерпания высококачественных сырьевых источников для производства глинозёма и алюминия, а также накопления алюминийсодержащих отходов, реализуемый проект может представлять интерес для его развития в рамках международного сотрудничества.

Текущие результаты проекта:
Термодинамически обосновано существование в системе Na2O-CaO-Al2O3-CO2-H2O метастабильных твёрдых растворов переменного состава 4CaO•Al2O3•xCO2•(13 – 2x)H2O предельным из которых по степени насыщения является 3CaO•Al2O3•CaСO3•11H2O, осаждение которого из раствора возможно при достижении pH не ниже 12,64. Предложен химизм предполагаемых стадий образования метастабильных твёрдых растворов в системе CaCO3-NaAl(OH)4-NaOH-H2O, определены уравнения для расчёта степени конверсии карбоната кальция в ГКАК по данным о достижении технологического или истинного равновесия и выполнено термодинамическое описание вероятности их образования по уравнению изотермы химической реакции. Изучены свойства эталонных образцов ГКАК и его аналога ГСАК, синтезированных в системе Na2O-CaO-Al2O3-CO2(SO2)-H2O и установлены характерные признаки для их идентификации методами XRD, ИКС и DTA. Для эталонных образцов определена область метастабильного существования в зависимости от технологически значимых факторов: состав равновесного раствора, температура системы и продолжительность существования до развития процессов разложения и перекристаллизации. Научно обоснована методика оценки метастабильной устойчивости неравновесных (пересыщенных) растворов с использованием базовых положений термодинамической теории зародышеобразования, что позволило предложить расчётные уравнения для длительности индукционного периода, учитывающие относительную степень пересыщения среды кристаллизации и её вязкость. Предложена методика оценки устойчивости растворов в системе промывки шламов, подтвердившая возрастание вероятности потерь алюминия за счёт гидролиза при разбавлении алюминатных растворов и разработана методика экспериментального определения ширины метастабильной области алюминатных растворов по данным о скорости создания пересыщения в системе Na2O-Al2O3-CO2-H2O. Предложена методика расчёта равновесных составов растворов в системе Na2O-K2O-Al2O3-H2O по данным о равновесии в частных системах. Определены равновесные составы алюминатных растворов в зависимости от мольной доли Na2O и K2O, что обеспечивает необходимыми термодинамическими сведениями разработку процесса переработки низкосортного алюминиевого сырья, содержащего щелочные алюмосиликаты. Предложена методика и выполнены расчёты ионного состава алюминатных растворов, что позволило количественно подтвердить ранее полученные экспериментальные данные о соотношении ионных форм алюминия в концентрированных алюминатных растворах по результатам исследования методом ЯМР. Обоснована эффективность применения механохимической активации нефелина для его использования в качестве затравки при осаждении ГАСН из алюминатных растворов и её влияние на установление равновесия в системе Na2O-Al2O3-SiO2-H2O. Получены новые данные о равновесии в многокомпонентных системах глинозёмного производства, и о количественной оценке их метастабильного состояния, что существенно дополняет аналогичные работы, определяющие мировой уровень. Создан необходимый научный задел для определения оптимальных условий переработки низкосортного алюминиевого сырья и достижения заданных технологических показателей.