Регистрация / Вход
Прислать материал

14.577.21.0127

Аннотация скачать
Постер скачать
Общие сведения
Номер
14.577.21.0127
Тематическое направление
Рациональное природопользование
Исполнитель проекта
федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Санкт-Петербургский горный университет"
Название доклада
Разработка технологии и создание опытной установки для переработки низкосортного алюминиевого сырья
Докладчик
Сизяков Виктор Михайлович
Тезисы доклада
Цели и задачи исследования
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.
Задачи проекта:
1. Выбор научно обоснованного технологического направления переработки низкосортного алюминиевого сырья.
2. Термодинамическое обоснование реализации основных технологических процессов разрабатываемой технологии.
3. Исследование механизмов взаимодействия, установление закономерностей протекания ведущих технологических процессов и их моделирование.
4. Создание экспериментального образца установки и на его основе, определение показателей разрабатываемого технологического процесса, наработка образцов и их исследование.
5. Получение данных для выполнения работ более высоко уровня и предпроектной подготовки.
Актуальность и новизна исследования
Проблема напряжённой сырьевой обеспеченности производства алюминия в Российской Федерации хорошо известна, как результат дефицита разведанных запасов традиционного для данной отрасли бокситового сырья. Согласно государственному докладу 2014 года «О состоянии и использовании минерально-сырьевых ресурсов Российской Федерации» отмечается, что прирост запасов бокситового сырья в Российской Федерации не ожидается, и в обозримом будущем для обеспечения замещения импорта в производство глинозёма и алюминия необходимо вовлечение отечественного сырья, отличающегося сложными горно-геологическими условиями добычи. Известную альтернативу бокситам составляют щелочные алюмосиликатные породы, переработка которых даёт не менее 40% отечественного глинозёма. При этом Россия имеет безусловный приоритет в данной технологии и опыт переработки нефелинового сырья двух крупных геологических провинций в Красноярском крае и Мурманской области. Последние десятилетия характеризуются заметным исчерпанием уже вовлечённых в переработку месторождений. Так полностью отработано Тихвинское месторождение бокситов. На гране исчерпания находится Южно-Уральский бокситовый рудник и Кия-Шалтырское месторождение нефелиновых сиенитов. Заметно увеличились затраты на добычу и обогащение апатит-нефелиновых руд в связи с усложнением горно-геологических условий их добычи и снижением содержания в сырье ценных компонентов. Это вызывает необходимость изыскания альтернативных сырьевых источников и разработку эффективных технологических решений для их переработки с учётом требований ресурсосбережения, экологической безопасности, обеспечения качества основной и попутной продукции.
Описание исследования

Выполнен комплекс аналитических обзоров и патентных исследований по технологии переработки низкосортного алюминиевого сырья. Проведён анализ отечественной минерально-сырьевой базы для производства глинозёма и установлены перспективы её развития применительно к использованию низкосортного алюминиевого сырья. Проведены термодинамические расчёты и выполнена оценка основных химических взаимодействий, протекающих в физико-химических системах при переработке низкосортного алюминиевого сырья. 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 и расчёта равновесных составов растворов в системе Na20-K20-Al203-H20 по данным о равновесии в частных системах. 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-SiO22О. Проведён анализ закономерностей массопереноса в базовых физико-химических системах глинозёмного производства (близких аналогах) и их предполагаемого механизма, что позволило выявить ведущие технологически значимые факторы, которые наряду с термодинамическими параметрами состояния систем определяют возможность достижения целей проекта. Выполнено физико-химическое и математическое моделирование технологически значимых процессов разрабатываемой технологии на основе собственных и ранее выполненных экспериментальных исследований.  Разработан и создан образец экспериментальный установки для переработки низкосортного алюминиевого сырья и выполнены экспериментальные исследования по определению показателей переработки обогащенного и необогащённого алюминийсодержащего сырья. Экспериментальный образец установки позволяет выполнять переработку низкокачественного алюминиевого сырья с содержанием Аl2O3 от 20 до 35 % и SiO2 от 40 до 60 %. Сформированы технические решения, обеспечивающие адаптацию технологического процесса к существующему производственному комплексу, включая приготовление многокомпонентных известняково-нефелиновых шихт и их спекание, энергосберегающее спекание и обескремнивание алюминатных растворов, разложение алюминатных растворов с выделением гидроксида алюминия удовлетворяющего требованиям ГОСТ для получения металлургических сортов глинозёма марки ГК и синтеза прекурсоров для производства неметаллических композиционных материалов.

 

Результаты исследования

Научно обосновано направление исследований по комплексной 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.  Выявлены новые источники сырья и вспомогательных материалов для использования в процессе комплексной переработке применительно к действующего производственному комплексу. Показана возможность совместной переработки нефелинового сырья с уртитом и низкокачественным бокситом отечественных месторождений и достижение высоких показателей по извлечению основных ценных компонентов. Сформулированы рекомендации и концептуальные подходы для совершенствования технологии переработки щелочного алюмосиликатного сырья. Получены новые научные сведения о закономерностях измельчения и обогащения низкосортного алюминиевого сырья, что является основой разработки новых технических решений. Успешно применено моделирование процессов измельчения исходного сырья в специализированном программном пакете JKSimMet. 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. В ходе экспериментального исследования показателей нового технологического процесса, установлены технологические режимы, позволяющие разработать адаптируемые к существующему производственному комплексу технологические решения. Теоретически обосновано и экспериментально доказано, что в процессе массовой кристаллизации на затравке существует единственное значение массы затравочного материала, отвечающее минимуму количества частиц конечного продукта, так как максимум не имеет однозначных физических ограничений. Применительно к процессу взаимодействия термоактивированного гидроксида алюминия с алюминатными растворами теоретически обосновано и экспериментально подтверждено явление изотермического перехода метастабильных растворов в лабильную область, что создаёт условия необходимые для выделения тонкодисперсного гидроксида алюминия и получения оксида алюминия с частицами микро- и наноразмера. Эти результаты существенно дополняют известные сведения о механизме и кинетике гетерогенных процессов, протекающих в многокомпонентных системах глинозёмного производства при участии активированных и высоко дисперсных фаз, об условиях массовой кристаллизации продуктов, поверхностных явлениях и ростовых эффектах. Разработанные теоретические положения и методики экспериментальных исследований позволяют их использовать и тиражировать при решении аналогичных задач, но применительно к иным технологическим системам и процессам. Установлены оптимальные технологические режимы переработки известняково-нефелиновых шихт с использованием сырьевых добавок природного и техногенного происхождения в количестве от 30 до 50 %, в том числе с использованием концентратов от обогащения лежалых хвостов флотации апатит-нефелиновых руд.

Практическая значимость исследования
Полученные результаты будут использованы для:
разработки рекомендаций по модернизации существующего технологического комплекса, перерабатывающего алюминийсодержащее сырьё, и их передачи индустриальному партнёру;
- планирования исследований более высокого уровня, включая опытно-промышленные и промышленные испытания, для модернизации существующих производств и их согласования с планами развития ведущих предприятий и компаний по добыче и переработке алюминийсодержащего сырья;
- разработки новых технологических решений в соответствии с приоритетными задачами в развитии минерально-сырьевого комплекса и их правовой охраны.
Предлагаемые технические решения планируются к внедрению на площадке Индустриального партнера ЗАО "Пикалевская сода" и в других предприятиях реального сектора экономики, связанных с переработкой низкокачественного алюминиевого сырья: ЗАО "БАЗЭЛ Цемент-Пикалево", МЕТАХИМ, ОАО "Апатит", а также в профильных вузах и научно-исследовательских организациях.
В результате выполненного проекта планируется прирост запасов низкокачественного алюминиевого сырья, повышение теоретической обеспеченности его переработки и создание технических решений, обеспечивающих повышение эффективности переработки низкокачественного алюминиевого сырья и расширение номенклатуры производимой продукции.
Долгосрочный эффект от реализации проекта связан с созданием эффективных систем ресурсосбережения при переработке низкокачественного алюминиевого сырья, повышением экологической безопасности в связи с вовлечением сырья техногенного происхождения, повышением качества основной и попутной продукции в интересах развития действующих предприятий и создания новых высокорентабельных производств минерально-сырьевого комплекса.