ipolytechiPolytech JournaliPolytech Journal2782-40042782-6341Irkutsk National Research Technical University10.21285/1814-3520-2018-5-225-239ipolytech-103Research ArticleМЕТАЛЛУРГИЯ И МАТЕРИАЛОВЕДЕНИЕMETALLURGY AND MATERIALS SCIENCEУЛУЧШЕНИЕ КАЧЕСТВА СПЕКА ИЗВЕСТНЯКОВО-НЕФЕЛИНОВОЙ ШИХТЫ ПУТЕМ ВВОДА В НЕЕ ГИПСОАНГИДРИТОВОГО ТЕХНОГЕННОГО СЫРЬЯIMPROVING LIMESTONE-NEPHELINE CHARGE SINTER QUALITY BY GYPSUM ANHYDRATE TECHNOGENIC RAW MATERIAL INTRODUCTIONШепелевИ. И.ShepelevI. I.Ekoing@mail.ruГоловныхН. В.GolovnykhN. V.Golovnykh@igc.irk.ruСахачевА. Ю.SakhachevA. Yu.Sakhachev_Aleks@mail.ruЖижаевА. М.ZhyzhaevA. M.zhyzhaev@icct.ruКотлягинА. Г.KotlyaginA. G.Andrey.Kotljagin@rusal.comНаучно-исследовательская организация ООО «ЭКО-Инжиниринг»РоссияResearch Laboratory Company ECO-Engineering LLCRussian FederationИнститут геохимии им. А.П. Виноградова СО РАНРоссияVinogradov Institute of Geochemistry SB RASRussian FederationАО «РУСАЛ Ачинск»РоссияRUSAL Achinsk JSCRussian FederationИнститут химии и химической технологии СО РАНРоссияInstitute of Chemistry and Chemical Technology SB RASRussian Federation201815092020225225239Copyright © Шепелев И.И., Головных Н.В., Сахачев А.Ю., Жижаев А.М., Котлягин А.Г., 20202020Шепелев И.И., Головных Н.В., Сахачев А.Ю., Жижаев А.М., Котлягин А.Г.Shepelev I.I., Golovnykh N.V., Sakhachev A.Y., Zhyzhaev A.M., Kotlyagin A.G.Данная работа распространяется под лицензией Creative Commons Attribution 4.0.This work is licensed under a Creative Commons Attribution 4.0 License.https://ipolytech.elpub.ru/jour/article/view/103

ЦЕЛЬ. Исследование возможности изменения качественных показателей спека известняково-нефелиновой шихты с вводом в нее гипсоангидритовых техногенных добавок (ГАТС). МЕТОДЫ. Использованы: физико-химическое компьютерное моделирование на основе метода термодинамического анализа, термоаналитические, электронно-микроскопические методы исследования, рентгенофазовый и рентгеноструктурный анализ. РЕЗУЛЬТАТЫ. При введении в известняково-нефелиновую шихту ГАТС в количестве от 0,2 до 2% от массы шихты повышается реакционная способность компонентов и снижается температура образования спека на 30-70ºС. Вступая во взаимодействие, сульфат кальция способствует образованию Ca2SiO4 и NaAlO2, а также сульфатов щелочных металлов - K2SO4 и Na2SO4. Исследования показали, что при дозировке ГАТС 0,4% в шихту содержание оксида серы в спеке повышается с 0,28 до 0,38%, повышение температуры спекания с 1230 до 1290ºС увеличивает извлечение из спека сульфатов до 67,2 и 89,7% соответственно. ЗАКЛЮЧЕНИЕ. Опытно-промышленные испытания показали, что ввод гипсоангидритового техногенного сырья в количествах 0,4% от массы шихты позволяет увеличить выпуск товарного продукта - сульфата калия - на 11900 т/год, а также снизить расход известняка при спекании шихты на 35600 т/год.

The PURPOSE of the paper is to study the possibility to change the quality indicators of limestone-nepheline charge sinter by the introduction of gypsum anhydrate technogenic additives (GATA). METHODS. The study uses physico-chemical computer modeling based on the thermodynamic analysis, as well as thermoanalytical, electronic and microscopic research methods, an X-ray phase and X-ray diffraction analysis. RESULTS. Introduction of GATA in the proportion from 0.2 up to 2% of the charge weight into the limestone-nepheline charge increases the reactionary ability of components and decreases the sinter formation temperature by 30-70ºС. When entering the reaction, calcium sulfate contributes to the formation of Ca2SiO4 and NaAlO2, as well as the sulfates of alkaline metals - K2SO4 and Na2SO4. The researches have shown that the introduction of 0.4% of GATA in the charge increases the content of sulfur oxide in sinter from 0.28 to 0.38%, while the raise in the sintering temperature from 1230 to 1290ºC increases sulfate extraction from sintered material up to 67.2 and 89.7% respectively. CONCLUSION. Pilot tests have shown that introduction of gypsum anhydrate technogenic raw materials in the proportion of 0.4% wt of furnace charge increases the output of potassium sulfate by 11900 tons/year as well as reduces the consumption of limestone under charge sintering by 35600 tons/year.

производство глиноземаизвестняково-нефелиновая шихтагипсоангидритовое техногенное сырьепроцесс спеканиясульфат калияalumina productionlimestone-nepheline chargegypsum anhydrate technogenic raw materialssintering processpotassium sulfateReferencesRuester J., Arpe R., Grotheer H. Plantwide replacement of the existing control equipment by a new DCS at AOS // Light Metals, 2006. Edited by Travis J. Galloway. TMS (The Minerals, Metals and Materials Society), 2006. P. 139-142.Ruester J., Arpe R., Grotheer H. Plantwide replacement of the existing control equipment by a new DCS at AOS // Light Metals, 2006. Edited by Travis J. Galloway. TMS (The Minerals, Metals and Materials Society), 2006. P. 139-142.Loginova I.V. Investigation into the question of complex processing of bauxites of the Srednetimanskoe deposit // Journal of Non-Ferrous Metals. 2013. Vol. 54. No. 2. P. 143-147.Loginova I.V. Investigation into the question of complex processing of bauxites of the Srednetimanskoe deposit // Journal of Non-Ferrous Metals. 2013. Vol. 54. No. 2. P. 143-147.Истомин С.П. Проблемы использования фторсодержащих отходов криолитовых и алюминиевых заводов // Цветные металлы. 2002. № 1. С. 82-86.Истомин С.П. Проблемы использования фторсодержащих отходов криолитовых и алюминиевых заводов // Цветные металлы. 2002. № 1. С. 82-86.Шепелев И.И., Еськова Е.Н., Стыглиц И.С., Головных Н.В., Бочков Н.Н. Перспективы вторичного использования отходов глиноземного производства // Естественные и технические науки. 2017. № 6 (108). С. 41-49.Шепелев И.И., Еськова Е.Н., Стыглиц И.С., Головных Н.В., Бочков Н.Н. Перспективы вторичного использования отходов глиноземного производства // Естественные и технические науки. 2017. № 6 (108). С. 41-49.Кричевская Е.Л., Романчиков И.В., Беньковский С.В., Тимошенко В.В., Варламов М.Л., Романец А. Производство кальцинированной соды и поташа при комплексной переработке нефелинового сырья. М.: Химия, 1977. 172 с.Кричевская Е.Л., Романчиков И.В., Беньковский С.В., Тимошенко В.В., Варламов М.Л., Романец А. Производство кальцинированной соды и поташа при комплексной переработке нефелинового сырья. М.: Химия, 1977. 172 с.Шепелев И.И., Головных Н.В., Чудненко К.В, Сахачев А.Ю. Физико-химическое моделирование процессов глиноземного производства при использовании техногенных добавок // Научные основы и практика переработки руд и техногенного сырья: материалы XXIII Междунар. науч.-техн. конф. (Екатеринбург, 10-13 апреля 2018 г.). Екатеринбург: Изд-во ООО «Таилс», 2018. С. 213-217.Шепелев И.И., Головных Н.В., Чудненко К.В, Сахачев А.Ю. Физико-химическое моделирование процессов глиноземного производства при использовании техногенных добавок // Научные основы и практика переработки руд и техногенного сырья: материалы XXIII Междунар. науч.-техн. конф. (Екатеринбург, 10-13 апреля 2018 г.). Екатеринбург: Изд-во ООО «Таилс», 2018. С. 213-217.Чудненко К.В. Термодинамическое моделирование в геохимии: теория, алгоритмы, программное обеспечение, приложения. Новосибирск: Академическое изд-во «Гео». 2010. 287 с.Чудненко К.В. Термодинамическое моделирование в геохимии: теория, алгоритмы, программное обеспечение, приложения. Новосибирск: Академическое изд-во «Гео». 2010. 287 с.Chase M.W., Davies C.A., Downey J.R., Frurip, D.J., McDonald R.A., Syverud A.N. JANAF Thermodynamical tables third edition // Journal of Physical and Chemical Reference Data. 1985. Vol. 14. No. Supplement 1. Part 2. P. 927-1856.Chase M.W., Davies C.A., Downey J.R., Frurip, D.J., McDonald R.A., Syverud A.N. JANAF Thermodynamical tables third edition // Journal of Physical and Chemical Reference Data. 1985. Vol. 14. No. Supplement 1. Part 2. P. 927-1856.Johnson J.W., Oelkers E.H., Helgeson H.C. SUPCRT92: software package for calculating the standart molal thermodynamic properties of mineral, gases, aquaeous species, and reactions from 1 to 5000 bars and 0 to 1000oC. Software Package for Calculating the Standard Molal Thermodynamic Properties of Minerals, Gases, Aqueous Species and Relations among Them as Functions of Temperature and Pressure // Computers & Geosciences. 1992. Vol. 18. P. 899-947.Johnson J.W., Oelkers E.H., Helgeson H.C. SUPCRT92: software package for calculating the standart molal thermodynamic properties of mineral, gases, aquaeous species, and reactions from 1 to 5000 bars and 0 to 1000oC. Software Package for Calculating the Standard Molal Thermodynamic Properties of Minerals, Gases, Aqueous Species and Relations among Them as Functions of Temperature and Pressure // Computers & Geosciences. 1992. Vol. 18. P. 899-947.Karpov I.K., Chudnenko K.V., Kulik D.A., Bychinskii V.A. The convex programming minimization of five thermodynamic potentials other than Gipps energy in geochemical modeling // Amer. J. Sci. American Journal of Science 2002. No. 4. P. 281-311.Karpov I.K., Chudnenko K.V., Kulik D.A., Bychinskii V.A. The convex programming minimization of five thermodynamic potentials other than Gipps energy in geochemical modeling // Amer. J. Sci. American Journal of Science 2002. No. 4. P. 281-311.Chudnenko K.V., Karpov I.K. Kulik D.A. A high-precision IPM-2 minimization module of GEM-Selektor v.2-PSI Program Package for Geochemical Thermodynamic Modeling. Swizerland. 2002. 74 p.Chudnenko K.V., Karpov I.K. Kulik D.A. A high-precision IPM-2 minimization module of GEM-Selektor v.2-PSI Program Package for Geochemical Thermodynamic Modeling. Swizerland. 2002. 74 p.Головных Н.В., Верхозина В.А., Чудненко К.В., Шепелев И.И. Использование имитационного моделирования при разработке геоэкологического мониторинга и оптимизации технологических процессов в алюминиевой промышленности // Цветная металлургия. 2014. № 3. С. 44-49.Головных Н.В., Верхозина В.А., Чудненко К.В., Шепелев И.И. Использование имитационного моделирования при разработке геоэкологического мониторинга и оптимизации технологических процессов в алюминиевой промышленности // Цветная металлургия. 2014. № 3. С. 44-49.Шепелев И.И., Бочков Н.Н., Головных Н.В., Сахачев А.Ю. Химико-технологические особенности ресурсосберегающих процессов при утилизации твердых отходов металлургического производства // Известия вузов. Серия: Химия и химическая технология. 2015. Т. 58, № 1. С. 81-86.Шепелев И.И., Бочков Н.Н., Головных Н.В., Сахачев А.Ю. Химико-технологические особенности ресурсосберегающих процессов при утилизации твердых отходов металлургического производства // Известия вузов. Серия: Химия и химическая технология. 2015. Т. 58, № 1. С. 81-86.Пашкевич Л.А. Броневой В.А., Краус И.П. Термография продуктов глиноземного производства М.: Металлургия. 1983. 129 с.Пашкевич Л.А. Броневой В.А., Краус И.П. Термография продуктов глиноземного производства М.: Металлургия. 1983. 129 с.Шепелев И.И., Сахачев А.Ю., Александров А.В., Головных Н.В., Стыглиц И.С., Жижаев А.М. Альтернативные направления переработки некондиционного нефелинового сырья // Научные основы и практика переработки руд и техногенного сырья: cб. материалов XXII Междунар. науч.-техн. конф. (Екатеринбург, 19-20 апреля 2017 г.). Екатеринбург: Изд-во ООО «Таилс», 2017. С. 244-249.Шепелев И.И., Сахачев А.Ю., Александров А.В., Головных Н.В., Стыглиц И.С., Жижаев А.М. Альтернативные направления переработки некондиционного нефелинового сырья // Научные основы и практика переработки руд и техногенного сырья: cб. материалов XXII Междунар. науч.-техн. конф. (Екатеринбург, 19-20 апреля 2017 г.). Екатеринбург: Изд-во ООО «Таилс», 2017. С. 244-249.

The authors declare that there are no conflicts of interest present.