Низкотемпературное спекание бокситового сырья со щелочью – альтернативная технология переработки бокситов по параллельному варианту способа Байер-спекания

Цель – разработка альтернативной технологии переработки бокситового сырья на основе низкотемпературного спекания боксита с каустической щелочью, а также решение вопроса борьбы с углеродным следом на глиноземных заводах Урала. Лабораторные испытания проводились спеканием искусственно полученного бемита и гематита с химически чистой каустической щелочью при температурах 300, 500 и 700°С и дальнейшем их выщелачивании в слабощелочных растворах. Для изучения фазового, химического и гранулометрического составов красных шламов после выщелачивания в исследованиях были использованы различные физико-химические методы анализа: рентгенофлуоресцентный, метод титрования, рентгенофазовый, сканирующая электронная микроскопия, магнитометрия с вибрирующим образцом; для определения удельной площади поверхности и пористости использовали метод Брунауэра-Эммета-Теллера. В результате изучения кинетики прохождения твердофазной реакции взаимодействия бемита с каустической щелочью установлено, что в изучаемом температурном диапазоне взаимодействие идет в кинетическом режиме. Показано также, что при спекании гематита при температурах 300 и 500°С и дальнейшем выщелачивании спека водой происходит минералогическое изменение шлама с получением нового минерала – маггемита, обладающего магнитными свойствами. При изучении магнитных свойств красного шлама низкотемпературного спекания боксита установлено, что намагниченность достигает значения насыщения 19–20 электромагнитных единиц на г (при плотности образца 2,38 г/см³) при магнитном поле 10 кЭ. Удельная площадь поверхности этих образцов составила 54,97 и 51,77 м²/г. Выполненные исследования подтверждают возможность адаптации предложенной технологии для бокситов с получением высокожелезистых красных шламов. Это способствует комплексной переработке бокситового сырья и изучению возможности снижения углеродных выбросов на глиноземных заводах за счет исключения операции спекания с содой и известняком, которая сопровождается выделением CO₂ при разложении этих соединений.

1. Сабирзянов Н.А., Яценко С.П. Гидрохимические способы комплексной переработки бокситов. Екатеринбург: Уральское отделение РАН, 2006. 385 с. EDN: QMZSDP.

2. Лавренчук В.Н., Стряпков А.В., Коковин Е.Н. Скандий в бокситах и глинах: монография. Каменск-Уральский: КаменскУральская типография, 2004. 291 с.

3. Бибанаева С.А., Сабирзянов Н.А., Скачков В.М., Чуфаров А.Ю., Суриков В.Т., Лебедева Э.М., Ворсин В.А. Интенсификации процесса автоклавного выщелачивания бокситов различных месторождений // Актуальные вопросы современного материаловедения: матер. VI Междунар. молодеж. науч.-практ. конф. (г. Уфа, 30 октября 2019 г.). Уфа: Башкирский государственный университет, 2020. С. 61–68. EDN: KLWNYW.

4. Троицкий И.А. Производство глинозема из бокситов. Технологические расчеты. М.: Металлургия, 1972. 175 с.

5. Еремин Н.И., Наумчик А.Н., Казаков В.Г. Процессы и аппараты глиноземного производства. М.: Металлургия, 1980. 360 с.

6. Kumar S., Kumar R., Bandopadhyay A. Innovative methodologies for the utilisation of wastes from metallurgical and allied industries // Resources, Conservation and Recycling. 2006. Vol. 48. Iss. 4. P. 301–314. https://doi.org/10.1016/j.resconrec.2006.03.003.

7. Loginova I.V., Kyrchikov A.V., Lebedev V.A., Ordon S.F. Investigation into the question of complex processing of bauxites of the Srednetimanskoe deposit // Russian Journal of Non–Ferrous Metals. 2013. Vol. 54. Iss. 2. P. 143–147. https://doi.org/10.3103/S1067821213020089.

8. Куличенко А. Углеродный след: главный экологический вопрос человечества // Русское горно-химическое общество. Режим доступа: https://brucite.plus/articles/uglerodnyj-sled/ (дата обращения: 30.09.2023).

9. Saevarsdottir G., Kvande H., Welch B.J. Aluminum production in the times of climate change: the global challenge to reduce the carbon footprint and prevent carbon leakage // Journal of The Minerals, Metals & Materials Society. 2020. Vol. 72. Iss. 1. P. 296–308. https://doi.org/10.1007/s11837-019-03918-6.

10. Saevarsdottir G., Kvande H., Welch B.J. Reducing the carbon footprint: aluminium smelting with changing energy systems and the risk of carbon leakage // Minerals, Metals and Materials Series / eds. А. Tomsett. Cham: Springer, 2020. P. 726–734. https://doi.org/10.1007/978-3-030-36408-3_98.

11. Saevarsdottir G., Magnusson T., Kvande H. Reducing the carbon footprint: primary production of aluminum and silicon with changing energy systems // Journal of Sustainable Metallurgy. 2021. Vol. 7. Iss. 3. P. 848–857. https://doi.org/10.1007/s40831-021-00429-0.

12. Ткачев И., Котченко К. Россия заплатит ЕС €1,1 млрд в год углеродного налога // РБК. Режим доступа: https://www.rbc.ru/economics/26/07/2021/60fac8469a7947d1f4871b47 (дата обращения: 30.09.2023).

13. Gillingham K., Stock J.H. The cost of reducing greenhouse gas emissions // Journal of Economic Perspectives. 2018. Vol. 32. Iss. 4. P. 53–72. https://doi.org/10.1257/jep.32.4.53.

14. Shoppert A., Loginova I., Rogozhnikov D., Karimov K., Chaikin L. Increased as adsorption on maghemite–containing red mud prepared by the alkali fusion–leaching method // Minerals. 2019. Vol. 9. Iss. 1. https://doi.org/10.3390/min9010060.

15. Shoppert A., Loginova I., Napol’Skikh J., Kyrchikov A., Chaikin L., Rogozhnikov D., Valeev D. Selective scandium (Sc) extraction from bauxite residue (red mud) obtained by alkali fusion–leaching method // Processing and Characterization of Mineral Materials. 2022. Vol. 15. Iss. 2. Р. 433. https://doi.org/10.3390/ma15020433.

16. Zhaobo Liu, Li Hongxu, Jing Qiankun, Zhang Mingming. Recovery of scandium from leachate of sulfation–roasted Bayer red mud by liquid–liquid extraction // The Journal of the Minerals, Metals & Materials Society. 2021. Vol. 69. Iss. 11. P. 2373–2378. https://doi.org/10.1007/s11837-017-2518-0.

17. Thomas H.C. Heterogeneous Ion exchange in a flowing system // Journal of the American Chemical Society. 1944. Vol. 66. Iss. 10. P. 1664–1666. https://doi.org/10.1021/ja01238a017.

18. Rychkov V.N., Smirnov A.L., Nalivayko K.A., Titova S.M., Kirillov E.V. Kinetics of scandium sorption by phosphorus–containing ion ex-changer purolite D5041 from hydrolysis sulfuric acid from titanium dioxide production // AIP Conference Proceedings. 2019. Vol. 2174. Iss. 1. P. 020054. https://doi.org/10.1063/1.5134205.

19. Bao Shenxu, Hawker W., Vaughan J. Scandium loading on chelating and solvent impregnated resin from sulfate solution // Solvent Extraction and Ion Exchange. 2017. Vol. 36. Iss. 1. P. 100–113. https://doi.org/10.1080/07366299.2017.1412917.

20. Li Wanyan, Li Zehai, Wang Ning, Gu Hannian. Selective extraction of rare earth elements from red mud using oxalic and sulfuric acids // Journal of Environmental Chemical Engineering. 2022. Vol. 10. Iss. 6. Р. 108650