Свойства и основные направления использования нефелинового концентрата
Как уже было упомянуто, нефелиновый концентрат является лишь побочным продуктом. Коммерческое значение его во много раз ниже, нежели чем апатитового концентрата. Однако во многих случаях нефелиновый концентрат является удобным для использования продуктом.
Нефелин (или элеолит) - породообразующий минерал, алюмосиликат калия и натрия ортокремниевой кислоты (Na,K)AlSiO 4 . Используют в производстве алюминия, соды, в стекольной, кожевенной промышленности. В больших количествах получается в качестве отхода при добыче апатита.
Комплексное извлечение полезных минералов и элементов является требованием Закона РФ «О недрах», в котором указано, что при пользовании недрами необходимо обеспечить наиболее полное извлечение основных и сопутствующих компонентов (Статья 23 п. 5). Несоблюдение или нарушение данного требования может служить основанием для ограничения, приостановления или прекращения уполномоченными государственными органами права пользования недрами, а также повлечь привлечение виновных физических и юридических лиц к административной ответственности.
Несмотря на незначительную коммерческую привлекательность производства нефелинового концентрата, его производят на ОАО «Апатит», а главным его потребителем является расположенный в непосредственной близости принадлежащий «РУСАЛу» «Пикалевский глиноземный завод» (г. Пикалев, Ленинградская обл.).
Месторождения апатит-нефелиновых руд хибинской группы являются уникальным природным явлением, как по запасам фосфорсодержащего сырья, так и по запасам сопутствующих компонентов в породообразующих минералах. Наличие богатых залежей апатита позволило России стать одним из ведущих производителей фосфатного сырья, используемого для производства минеральных удобрений и других химических продуктов. Вместе с тем, хибинские апатит-нефелиновые руды, обладающие редчайшим минералогическим составом, позволяют производить целый ряд других продуктов, в том числе нефелиновый, титаномагнетитовый, эгириновый и сфеновый концентраты. Кроме того, в руде содержатся такие ценные элементы, как редкие земли, галлий, рубидий, цезий и др.
Хибины и Ловозёрские тундры считаются крупнейшим в мире (2000 км2) массивом нефелиновых сиенитов (хибиниты, луявриты, уртиты и др.). Хибинская часть массива является конической интрузией хибинитов, уртитов и других пород, распространяющихся на глубину 7 км. Новые данные позволяют предположить, что Хибинский и Ловозёрский массивы возникли из одного магмопровода. Хибинский щелочной массив сформировался около 360 млн. лет назад.
B настоящее время функционируют следующие рудники: Кировский (месторождения Кукисвумчорр и Юкспор), Расвумчоррский (месторождения Апатитовый цирк и плато Расвумчорр), Центральный (плато Расвумчорр) и Восточный (месторождения Коашва и Ньоркпахк). В 1963 г. мощность первой апатит-нефелиновой обогатительной фабрики (АНОФ-1) удвоилась. В том же году была пущена первая очередь новой фабрики - АНОФ-2; в 1984 г. построена последняя горно-обогатительная фабрика АНОФ-3 - обе за пределами горного массива, на Прихибинской равнине. В настоящее время расположенная в Кировске АНОФ-1, давно уже морально и физически устаревшая, не работает. Основное производство сконцентрировано на АНОФ-2. АНОФ-3 с 1997 г. простояла в законсервированном состоянии и начала работать лишь в 2000 г., ежемесячно производя 200 тыс. т апатитового концентрата.
Среди других перспективных месторождений можно выделить :
В Республике Бурятия стоит вопрос о возобновлении работ на Ошурковском месторождении апатита, на котором еще в 80-е годы были построены горно-обогатительный комбинат и обогатительная фабрика с годовой мощностью до 1,55 млн. т апатитового концентрата. В результате выступлений экологической общественности полностью готовое к работе предприятие было законсервировано и лишь сейчас ставится вопрос по восстановлению Ошурковского ГОКа (находящегося всего в 15 км от г. Улан-Удэ).
Из резервных месторождений фторсодержащего апатита следует отметить :
Селигдарское месторождение апатита (в 15 км от г. Алдан Республики Саха-Якутия), где фтор в качестве попутного компонента учтен при подсчете запасов, а техническим регламентом предусматривался вариант азотнокислой схемы передела апатитового концентрата на нитрофоску, позволяющей извлекать попутные фтор и редкоземельные элементы. Проектируемый в ТЭО освоения месторождения Селигдарский ГОК должен производить до 3,6 млн. т апатитового концентрата в год. При переработке этого концентрата на сложные удобрения возможно получение до 40 тыс. т фтористых продуктов в год. В последнее время к Селигдарскому месторождению проявляет интерес ЗАО Алроса в части развития программы диверсификации алмазодобывающего производства.
Белозиминское ниобиево-фосфатное месторождении в Тулунском районе Иркутской области. Это площадная кора выветривания по карбонатитам (содержащим 11,25 P 2 O 5), из которых может быть получен фторсодержащий фосфатный концентрат. Однако основным компонентом месторождения является ниобий и вопрос о вовлечении его в производство возможен только с учетом конъюнктуры этого металла.
Нефелиновый концентрат в виде окатышей может полностью заменять в металлургическом производстве плавиковый шпат (флюорит). Нефелиновые окатыши в отличие от флюорита не являются носителями фтора - опасного загрязнителя окружающей среды. Промышленные испытания проводились на Оскольском электрометаллургическом комбинате и на некоторых украинских предприятиях. Нефелиновый концентрат также используется в производстве стекловаты и керамических изделий.
Добыча и обогащение апатит-нефелиновой руды приводит к техногенным изменениям окружающей среды. Разработка руды открытым способом на большинстве месторождений нарушает естественный ландшафт. При этом возникают крупные антропогенные осыпи и обширные карьеры. картина Кировского рудника поражает воображение. Огромная гора почти наполовину разрушена, будто великан откусил часть ее склона. Гигантские уступы рудников Расвумчорра и Восточного хорошо заметны издалека. На плато Расвумчорр (Центральный рудник) - яма глубиной в сотни метров, края которой уже прорезали склоны плато.
Приблизительно половина земной коры состоит из алюмосиликатов (природное силикатное вещество, содержащее алюминий и кремний), в том числе нефелина. Тем, кто интересуется планетой, окружающим миром будет полезно познакомиться ближе с этим распространенным, но малоизвестным минералом.
Общее и химическое описание
Нефелин (англ. nepheline) так же известен как элеолит («жирный камень» — дословный перевод с греческого языка). Открыт в 1801 г. Встречается белого, желтого, зеленого, красно-бурого, серого оттенка. Минерал нефелин непрозрачный, в месте излома неровный и жирно блестит. Его иногда путают с полевым шпатом и кварцем. Ученые относят его к одноосному типу, гексагональной (шестиугольной) сингонии (кристаллографическому классу, виду симметрии). Молекулярный вес 146,08, плотность 2,55-2,66 г/см3. Разлагаясь в сильных кислотах (соляной, азотной, серной) выделяет студенистый кремнезем похожий на облачную массу, отсюда и название «нефелин» (с греч νεφέλη - облако). Такое имя алюмосиликату дал французский минералог Рене-Жюст Аюи, открывший его, а «элеолит» — немец Мартин Клапрот, нашедший в Норвегии разновидность минерала с густым «жирным блеском».
Существует несколько модификаций минерала, они выделяются по незначительным отличиям химического состава, кристаллической решетки, но на данный момент недостаточно информации для их структурирования.
Формула нефелина представляет собой химическое соединение Na3KAl4Si4O16. Типичными примесями являются Mg, Ca, H2O. Среди естественных минералов чаще всего встречаются калиевые алюмосиликаты. Нефелин можно получить искусственным путем (методами твердофазного и гидротермального синтеза). Первый подобный опыт провели Вашингтон и Райт в 1910 г. С этого времени темой синтеза занимались ученые по всему миру, посвящая химическим формулам, тонкостям и выводам научные труды.
А в данной статье стоит подробнее остановиться на добыче минерала в природе.
Особенности добычи природного нефелина
Породообразующий нефелин магматического происхождения. Поэтому он является основным минералом нефелиновых сиенитов – другими словами, щелочных горных пород; а так же фонолитов (вулканических пород). Его не находят вместе с кварцем. Стандартными спутниками являются полевые шпаты (например, альбит), .
Сама по себе нефелиновая руда не представляет ценности на столько, чтобы разрабатывать ее залежи отдельно от других. Ее добывают как открытым способом, так и в подземных штольнях.
Известны следующие крупные залежи минерала:
- В России находится самое большое среди мировых запасов апатит-нефелиновое месторождение – Хибины. По оценкам ученых, около 7 млрд. т залежей находятся на просторах Кольского полуострова (Ловозеро, Ковдор, Хибины), Южного Урала, в Красноярском крае, Кемеровской области, Туве, Якутии, на Дальнем Востоке, из них подтвержденных 5 млрд.;
- В Южной Норвегии — кольцевой комплекс Фён;
- В Швеции — Альнё;
- Иивара в Финляндии;
Помимо этого нефелинсодержащие породы (нефелиновая руда) найдены в Тихом океане, странах Северной и Южной Америки, Азии, Африки, в Австралии, Гренландии.
Часто месторождения являются апатит-нефелиновыми, и сам минерал получают как отход при добыче апатита («камня плодородия»). Залежи в Хибинах были открыты в 20-е гг. XX в. (около 30 % мировых запасов). Разведаны девять Хибинских месторождений, шесть из них функционируют, а три не разрабатываются.
Кия-Шалтырское месторождение – крупнейший разрабатываемый массив минералов с целью их последующей переработки в глинозем – сырье для выплавки алюминия. Находится в Кемеровской области (Россия).
Сырье, известное как нефелиновый концентрат, получают в ходе обогащения апатит-нефелиновых руд при производстве фосфорных удобрений (из апатитов). Для чего же еще человек безвозвратно меняет ландшафт Земли в ходе добычи окиси алюминия? Где применяют нефелин?
Применение
Самое широкое применение нефелина – в качестве полезного ископаемого. На различных этапах переработки нефелиновой руды минерал поставляют как на заводы по производству алюминия, так и на содовые комбинаты. Его используют в кожевенной промышленности, а так же стеклоделы, интересен для производителей строительных материалов. Нефелиновую пудру применяют в качестве реагента в кожевенной промышленности. Нефелиновая мука, используется для придания прочности керамической посуде. Ткани и древесина, обработанные растворенным минералом, становятся устойчивыми к открытому огню, химическим реактивам, воде.
Несмотря на то, что нефелин выразительный, а спектр оттенков бесконечно разнообразен, он мало используется в ювелирной отрасли. Однако ценители находят минералу нефелин применение в изготовлении предметов интерьера.
Известно, что не вся польза выжимается из добываемой нефелиновой руды. Необходимо внедрять дополнительные технологии, чтобы вред от переработки минерала полностью перекрывался плюсами.
Cтраница 1
Нефелиновый концентрат в смеси с СаСО3 (измельченный мел или известняк) прокаливают во вращающейся трубчатой печи при температуре 1300 С.
Нефелиновый концентрат и вода подаются в емкость 5 для приготовления водного раствора нефелина. Объем воды берется исходя из предусмотренной концентрации соляной кислоты, необходимой для получения гелеобразующей системы.
Нефелиновый концентрат (НФ) и основное количество апатитового концентрата (АК) производит, ПО Апатит в г. Кировске. Из апатитового концентрата получают фосфорную кислоту о последующим использованием ее для производства удобрений. Нефелиновый концентрат в настоящее время используется в глиноземном производстве. В перспективе он может рассматриваться как сырье для получения алюминия и химических соединений. Потребителями этого концентрата являются ПО Глинозем в г. Пикалево Ленинградской области и Волховский алюминиевый завод.
Нефелиновый концентрат поступает из Кировска до Пикалева и после обезвоживания используется там на глиноземных заводах, а на Волховский алюминиевый завод доставляется железнодорожным транспортом. Затраты по железнодорожному транспорту отражены в экономических показателях системы.
Нефелиновый концентрат представляет собой тонкий материал, 90 % которого проходит через сито 1300 отв.
Нефелиновый концентрат не вступает во взаимодействие с крепкой серной кислотой, что объясняется недостатком воды в жидкой фазе. Начиная с концентрации 78 % Н28О4 и ниже происходит интенсивное разложение концентрата, сопровождающееся сильным повышением температуры массы.
Нефелиновый концентрат, отличающийся постоянством состава и не требующий предварительной обработки - измельчения, является хорошим сырьем для производства соды при условии комплексной его переработки (стр.
Нефелиновый концентрат - чрезвычайно тонкого помола порошок, согласно технич.
Нефелиновый концентрат, содержащий не менее 95 % нефелина, является продуктом флотационного обогащения апатит-нефелиновой породы Кольского полуострова и перерабатывается на Пикалевском и Волховском алюминиевых заводах.
Нефелиновый концентрат представляет собой измельченный материал, в котором около 40 % фракции менее 0 085 мм. По техническим условиям (МРТУ 6 - 12 - 10 - 66) нефелиновый концентрат должен содержать не менее 29 % А12О3 (в пересчете на сухое вещество) и не более 1 % влаги.
Нефелиновый концентрат, получающийся в результате обогащения нефелиновых хвостов, по своему химическому составу имеет такое процентное содержание: А12О3 - 29 - 30; К2О Na2O - 19 - 20, SiO2 - 43 - 44 и незначительное количество прочих окислов. На Кольском полуострове (возле г. Кировска) находятся богатейшие в мире, практически почти неисчерпаемые запасы апатито-нефелиновых руд. Апатиты являются сырьем для производства фосфорных удобрений.
div class=”content”>
Глава VIII
ПОЛУЧЕНИЕ ГЛИНОЗЕМА
ИЗ НЕФЕЛИНОВОГО СЫРЬЯ
§ 37. Технологическая схема процесса
По сравнению с бокситом нефелиновые руды и концентраты характеризуются относительно небольшим содержанием оксида алюминия (до 30%) при высоком содержании кремнезема (более 40%). Однако при комплексной переработке нефелинового сырья рационально используются все его составляющие и наряду с глиноземом получаются сода, поташ и высококачественный цемент.
Это
делает переработку нефелинового сырья экономически целесообразной, несмотря на
сравнительно низкое содержание в нем
глинозема.
Для переработки нефелинового сырья в зависимости от его состава и свойств могут быть применены различные способы. На рис. 82 показана технологическая схема комплексной переработки нефелинового концентрата способом спекания. Этот способ включает: 1) производство глинозема с получением в качестве побочных продуктов содопоташного раствора и нефелинового шлама; 2) производство соды и поташа из содопоташного раствора; 3) производство цемента из нефелинового шлама.
С разработкой и внедрением способа спекания в промышленность впервые была решена проблема комплексной переработки нефелиновых концентратов, получаемых при обогащении апатитонефелиновых пород Кольского полуострова. Однако значение способа спекания не ограничивается переработкой Кольских нефелиновых концентратов. В нашей стране этот способ успешно применяется также для переработки кияалтырских уртитов без предварительного обогащения, а также может быть применен для переработки других видов нефелинового сырья.
§ 38. Подготовка шихты к спеканию
Прибывающий на завод нефелиновый концентрат
разгружают из вагонов в параболические бункера приемного склада, из которых системой
транспортных средств концентрат подается в бункера отделения мокрого размола или
в силосы для хранения. Так как нефелиновый концентрат поступает в виде тонкого
порошка, то дробления его не требуется. Нефелиновую же руду перед мокрым размолом
дробят и усредняют. Например, кия-шалтырскую руду дробят в три стадии до крупности
20 мм в конусных дробилках. Дробленая руда поступает на склад, где она хранится
и
усредняется. Известняк дробят примерно до такой же крупности в молотковых
или других дробилках с предварительным грохочением.
Для размола известняково-нефелиновой шихты применяют однокамерные и двухкамерные трубные мельницы, работающие в открытом цикле. На практике применяют различные схемы размола шихты. Примерная схема состоит в следующем. Известняк сначала размалывают в известняковых мельницах, полученную известняковую пульпу смешивают с нефелиновым концентратом и подают в мельницы домола. Кроме известняка и нефелинового концентрата, в эти мельницы поступает белый шлам после обескремнивания и крепкая промвода от промывки гидроксида алюминия.
Дозировка известняковой пульпы, нефелинового концентрата и промводы осуществляется при помощи системы автоматического регулирования, управляемой от электронно-вычислительной машины. Из мельниц домола шихта поступает в систему усреднения, состоящую из нескольких последовательно соединенных аэролифгами бассейнов. Из системы усреднения шихта перекачивается в сборные или коррекционные бассейны. Система автоматического регулирования позволяет получать до 90 % шихты заданного состава без дополнительной корректировки.
При переработке кия-шалтырской нефелиновой руды, твердость который выше твердеет известняка, применяется четырехстадийная схема размола. Руда сначала измельчается в две стадии в рудных мельницах, затем вместе с известняком - в известняковых, из которых известняково нефелиновая пульпа поступает в мельницы домола.
Поступающая на спекание шпхтa должна отвечать следующим примерным требованиям: влажность шихты 28-30 %, содержание фракции +0,08мм 3-4%, щелочной модуль шихты 1, кальциевый модуль шихты 2. Щелочной модуль известняково-нефелиновой шихты находят как молекулярное отношение суммы (Na 2 О+К 2 O) * к Al 2 O 3 , а кальциевый модуль-как молекулярное отношение СаО к SiO 2 в шихте. При таком соотношении между основными компонентами шихты Al 2 O 3 связывается при спекании в алюминаты натрия и калия, а кремнезем -в двухкальциевый силикат.
Молекулярное отношение R 2 О к Al 2 O 3 в кольском нефелиновом концентрате близко к 1, что обеспечивает непосредственное получение шихты с нужным щелочным модулем. Если в нефелиновом сырье щелочи недостаточно для получения шихты с нужным щелочным модулем, то недостающее ее количество вводят в шихту с оборотным содовым раствором. Можно также использовать для этого часть полученной соды.
§ 39. Спекание шихты
При спекании известняково-нефелиновой шихты основной является реакция между нефелином и оксидом кальция, сопровождающаяся разложением нефелина с образованием алюминатов натрия и калия и двухкальциевого силиката:
*Сумму щелочей можно обозначать R 2 O.
(Na, K) 2 О Al 2 O 3 2SiO 2 + 4СаО = (Na, К) 2 О + 2 (2СО SiO 2).
При нагревании известняково-нефелиновой
шихты из нее сначала удаляется влага, затем происходит разложение известняка.
При 700°С начинается расплавление нефелина и появляется жидкая фаза. При температуре
выше 1000°С расплав нефелина взаимодействует с оксидом кальция. Достаточно полное
разложение нефелина происходит при 1250-1300°С. Так как шихта при этой температуре
частично оплавляется, то спек получается в виде уплотненного клинкера. Спеканием
при более низкой температуре возможно получить более пористый спек. Однако при
пониженной температуре спекания не происходит достаточно полного разложения нефелина,
отчего снижается извлечение глинозема и щелочей при выщелачивании спека. Благоприятное
влияние на спекание оказывают добавки к шихте угля и фтористых солей; в их присутствии
ускоряется процесс спекания и улучшается качество спека.
Так как оптимальная температура спекания известняково-нефелиновой шихты близка к температуре ее плавления, то во избежание образования настылей в печи необходимо cтpoгo соблюдать технологический режим. Причинами образования настылей могут быть: неравномерный химический и грануляционный составы шихты, непостоянство теплового режима в печи спекания, неравномерное питание печи шихтой и оборотной пылью.
Отрицательное влияние на качество спека оказывают соединения серы: при повышенном содержании серы в шихте и топливе снижается пористость спека, а также извлечение из него глинозема и щелочей при выщелачивании.
Для спекания известняково-нефелиновой шихты применяют трубчатые вращающиеся печи длиной 60-185 м и диаметром 3- 5 м. По конструкции эти печи аналогичны печам для спекания боксито-содоизвестняковой и шламовой шихт.
Нефелиновая шихта в отличие от бокситовой и шламовой содержит мало свободной щелочи, что позволяет подавать нефелиновую шихту в печь “наливом” с помощью ковшовых дозаторов.
Из отделения подготовки шихты пульпа питания подается в дозаторы по кольцевому трубопроводу; избыток пульпы возвращается в отделение подготовки шихты. Для бокситовой и шламовой шихт такой способ питания печей неприменим, так как при подаче шихты “наливом” свободная щелочь вызывает образование иастылей в зоне сушки. Бокситовая и шламовая шихты но сравнению с нефелиновой имеют более высокую влажность и подаются в печь с помощью пульповых форсунок (см. § 30).
Печь для спекания нефелиновой шихты и зоне сушки имеет ценную завесу, состоящую из цепных гирлянд и свободно висящих цепей. Такая завеса необходима для увеличения поверхности теплообмена между топочными газами и шихтой, а также для предотвращения образования настылей. Кроме того, в “мокрой” части цепной завесы улавливаются частицы пыли. Конструкция цепной завесы, способ навески и протяженность определяются в зависимости от физических свойств шихты. Правильный выбор ценной завесы-необходимое условие нормальной работы печи.
Система очистки отходящих из печи газов состоит из пылевой камеры, групповых циклопов и сухих электрофильтров. Газы, используемые для карбонизации, проходят дополнительную очистку в скрубберах и мокрых электрофильтрах. Уловленная пыль возвращается в печь.
Из печи спек, нагретый до 1000-1150°С, пересыпается в холодильник, где охлаждается. Для охлаждения нефелинового спека применяют барабанные и колосниковые холодильники.
Работа печи спекания длиной 185 м и диаметром 5 м (наклон печи 3 %, скорость вращения 1,6-2,15 об/мин) характеризуется следующими примерными показателями: производительность по спеку 100 т/ч, расход условного топлива 150-160 кг на 1 т спека, температура отходящих газов 150-200 °С. Для таких мощных печей особое значение приобретает стойкость футеровки, высокотемпературную зону которой выполняют из магнезитохромитового кирпича. Важнейшим условием высокой стойкости футеровки является ритмичная работа печен, так как каждая остановка и охлаждение печи вызывают разрушение швов футеровки и появление сколов.
В колосниковом холодильнике (рис. 83) холодный воздух проходит через движущийся слой спека и охлаждает его. Спек из печи пересыпается в холодильник через соединительную шахту 1 . В холодильнике спек последовательно проходит колосники острого дутья 2 н три колосниковые решетки 3, состоящие из чередующихся рядов подвижных н неподвижных колосников. Перемещение спека осуществляется в результате возвратно-оступательного движения подвижных колосников. Толщина слоя спека на решетках 150-350 мм. Охлаждающий воздух подается под колосниковые решетки вентиляторами. Для равномерного распределения воздуха подколосниковое пространство разделено поперечными перегородками на четыре камеры. Температypa первого ряда колосников должна быть не выше 250 °С.
Охлажденный спек из холодильника по течке пересыпается на транспортер, которым подается в отделение дробления. На выходе из холодильника крупные куски спека (более 80 мм) с помощью сортирующих решеток отделяются от ссыльной массы опека и дробятся в молотковых дробилках 4. Между колосниками имеются зазоры в 5 мм, через которые мелкий спек пересыпается в подколосниковое пространство. Этот спек транспортируется к разгрузочному концу холодильника транспортерами просыпи 5 . Сверху холодильник закрыт металлическим кожухом, футерованным изнутри жароупорным бетоном.
Нагретый до 500-700°С воздух из холодильника через соединительную шахту поступает в печь, где используется для сжигания топлива. Для охлаждения спека до температуры не выше 100°С расход охлаждающегося воздуха в зависимости от гранулометрического состава спека должен составлять 2,5-3,5 м 3 на 1 кг спека. Так как для сжигания топлива такого количества воздуха не требуется, то избыточный воздух отсасывается из холодного конца холодильника и после очистки от пыли в циклонах или электрофильтрах выбрасывается в атмосферу. Температура сбросного воздуха не превышает 200 °С.
Колосниковый холодильник “Волга 125С” имеет производительность по спеку 125 т/ч, длину 24,5 м, ширину 5,9 м, полезную площадь колосниковой решетки 144,8 м 2 . Оптимальный режим работы колосникового холодильника обеспечивается системой автоматического контроля и регулирования технологических параметров. Устанавливают технологические нормативы на температуру воздуха, поступающего из холодильника в печь, температуру охлажденного спека, а также колосников в горячей зоне решетки.
Производительность холодильника должна на 20-30 % превышать производительность печи.
§ 40. Выщелачивание спека. Отделение и промывка шлама
Способы выщелачивания
Примерный состав нефелинового спека можно характеризовать следующими данными, % (по массе): Al 2 O 3 15,5; СаО 45; SiO 2 24,5; Fe 2 O 3 2,1; R 2 О 9,5. Основными фазами в спеке являются:
2CaO.SiO 2 ; Na 2 O.Al 2 O 3 ; К 2 О.Al 2 O 3 ; Na 2 O.Fe 2 O 3 . Кроме того, в спеке могут присутствовать алюминаты кальция и другие соединения. По сравнению с бокситовым нефелиновый спек содержит меньше алюминатов и больше двухкальциевого силиката, а также отличается наличием алюмината калия н малым содержанием соединении железа.
Спек выщелачивают
оборотным содощелочным раствором. Алюминат калия при выщелачивании переходит в
раствор так же легко, как и алюминат натрия; феррит натрия подвергается гидролизу
(см. § 31). Алюминаты кальция в содовых растворах разлагаются (см. § 31), однако
в условиях выщелачивания нефелинового спека это разложение проходит лишь частично.
Неполное разложение алюминатов кальция приводит к недоизвлечению Al 2 O 3
из спека. Нежелательным при выщелачивании является и разложение некоторого количества
двухкальциевого силиката,
приводящее к вторичным потерям глинозема и щелочи
н загрязнению алюминатного раствора кремнеземом (см. § 31). Поэтому
весьма
важно вести выщелачивание, а также отделение н промывку шлама в таких условиях,
при которых скорость протекания
вторичных реакции будет минимальной. Этого
можно достичь в результате быстрого проведения операции выщелачивания, сгущения
и промывки шлама, исключающего длительный контакт шлама с pacтвором.
Для выщелачивания плотного спека клинкерного типа, каким является нефелиновый спек, применение диффузоров и перколяционных конвейерных выщелачивателей нецелесообразно. Наиболее эффективным для такою спека оказался агитационный метод выщелачивания в мельницах с последующим отделением и промывкой шлама в фильтрах-сгустителях. Применяется также двустадийная схема выщелачивания: первая стадия в трубчатых аппаратах-проточным способом, вторая стадия-в мельницах.
Агитационный способ.
В агитационном способе выщелачивание спека совмещено с его размолом. Спек дробится
до крупности
15-25 мм и поступает в мельницы. Для размола применяют шаровые
мельницы, работающие в замкнутом цикле с классификаторами, и стержневые мельницы,
работающие в открытом цикле.
Размол происходит в среде оборотного раствора, который готовится смешением содощелочного раствора из отделения карбонизации с промводой от промывки нефелинового шлама.
Основные требования к размолу-однородность выходящего из мельницы материала и минимальное содержание в нем мелких фракций, так как с повышением содержания крупных фракций расчет недоизвлечение из спека глинозема и щелочи, при переизмельчении же спека увеличиваются вторичные потери Al 2 O 3 и Na 2 О, а также снижается скорость последующей фильтрации шлама. С повышением содержания соды в сфере выщелачивания извлечение Al 2 O 3 из спека возрастает, однако одновременно увеличивается расход извести на обескремнивание и количество образующегося белого шлама.
Примерные условия выщслачнвання спека: температура оборотною раствора 55-60 °С; концентрация Al 2 O 3 в алюминатном растворе 80-90 г/л; каустический модель раствора 1,4-1,5, содержание Na 2 O y в растворе 14-16 г/л.
Продуктом выщелачивания спека в мельницах является пульпа, состоящая из алюминатного раствора и нефелинового шлама. Для отделения pacтвора oт шлама обычная отстойная аппаратура непригодна, так как из-за интенсивного протекания вторичных реакций недопустим длительный контакт шлама с раствором. Непригодны также барабанные и дисковые вакуум-фильтры вследствие зашламления корыта фильтра и цементации фильтровальной ткани продуктами вторичных реакций, протекающих не
посредственно на поверхности ткани. Поэтому для отделения алюминатного раствора от нефелинового шлама и для промывки шлама был разработан новый аппарат-фильтр-сгуститель (рис.84).
Подлежащая
фильтрации пульпа поступает в чан 1
по загpузочной трубе 5. Под действием
вакуума раствор через фильтровальную ткань поступает во внутреннее пространство
фильтровальных патронов 7 и выводится из фильтра-сгустителя через распределительную
головку по трубе 6.
Патроны каждой секции через коллектор 3
сообщаются
с распределительной головкой 4, с помощью которой автоматически подключаются то
к линии вакуума, то к линии сжатою воздуха и наоборот. При переключении той или
иной секции от линии вакуума к линии сжатого воздуха
осевший на поверхности
патронов шлам отдувается и падает на дно чана. Здесь шлам мешалкой перегребается
к центральному разгрузочному отверстию чана. Под конусом фильтра-cгустителя установлен
шнек для разгрузки аппарата.
Фильтровальный патрон (рис. 85) фильтра-сгустителя состоит из двух усеченных конусов с отводной трубой. Наружный конус выполнен из перфорированного стального листа, внутренний - из сплошного листа. На наружный конус надета фильтровальная ткань. Размеры фильтрасгустителя с фильтрующей поверхностью 118 м 2: диаметр чана 5,75 м, высота цилиндрической части 2,91 м, емкость чана 108 м 3 ; число фильтрующих секций в аппарате 23, число патронов 230.
Фильтры-сгустители быстро отделяют раствор от шлама.
Фильтрующая поверхность патронов полностью погружена в жидкость, что обеспечивает высокую производительность аппарата и небольшие затраты энергии на создание вакуума. Кроме того, фильтровальную ткань на патронах каждой секции можно менять, не останавливая весь фильтр.
Однако наряду с этими достоинствами фильтры-сгустители имеют существенные недостатки: значительные трудовые затраты
на обслуживание, неблагоприятные условия труда, большой расход фильтровальной ткани н небольшая степень уплотнения шлама, чем вызывается необходимость в многократной его промывке.
Примерная аппаратурно-технологическая схема фильтрации и промывки нефелинового шлама показана на рис. 86. Пульпа из мельницы поступает в фильтр-сгуститель основной фильтрации /, фильтрат из которого направляется на обескремнивание, а сгущенный шлам - на ногократную промывку (па схеме-шестикратную) в системе фильтров-сгустителей 2. Перед поступлением в фильтр-сгуститель шлам в репульпаторах 3 смешивается в промводой (фильтратом), получаемой в следующем (по ходу шлама) аппарате, чем достигается принцип противотока при промывке. Шлам, поступающий в последний аппарат промывочной цепи, смешивается с горячей водой.
Промытый шлам насосами перекачивается в шламовые бассейны цементного завода (цеха). Крепкая промвода из первого аппарата используется для приготовления оборотного раствора, идущего на выщелачивание спека. Перед подачей в цементное производство шлам может быть подвергнут дополнительному размолу в мельницах домола, чтобы повысить его жидкотекучесть и облегчить транспортирование по шламопроводам. Общее содержание щелочи в шламе в пересчете на Na 2 O должно быть не более 2%, а содержание отмываемой щелочи не более 0,5%.
В процессе работы фильтровальная ткань фильтров-сгустителей постепенно зарастает цементирующимся осадком. Капроновая ткань на основной фильтрации работает до 24 ч, после чего ее подвергают регенерации. Для этого отдельные секции вынимают из чана и промывают слабым раствором соляной кислоты и водой.
При эксплуатации фильтров-сгустителей регистрируют и контролируют вакуум в системе, давление сжатого воздуха, концентрацию алюминатного раствора и содержание в нем твердого, расход воды на промывку шлама, содержание щелочи в промытом шламе, ж:т в сгущенном шламе.
Примерный режим фильтрации и промывки шлама: ж:т в пульпе питания фильтров-сгустителей 3,0-3,5, в отбираемом из них шламе от 1,0-1,1 (в фильтре-сгустителе основной (фильтрации) до 0,6-0,7 (в последнем аппарате для промывки); температура воды па промывку не ниже 75 °С, влажность шлама не более 40 %, вакуум в системе 0,05-0,06 МПа, давление сжатого воздуха 0,12-0,13 МПа. После каждой стадии промывки содержание щелочи в промводе должно снижаться примерно вдвое.
Двустадийное выщелачивание. Аппаратурно-технологическая схема двустадийного выщелачивания спека показана на рис. 87. Спек дробится до крупности 8 мм, после чего вибрационным питателем подается в трубчатый аппарат 1 , где выщелачивается оборотным щелочным раствором-смесью содощелочного раствора из отделения карбонизации с промводой от промывки шлама на карусельных фильтрах. Слив трубчатого аппарата, представляющий собой крепкий алюминатный раствор, поступает в сборник 5, из которого откачивается в гидроциклон 3 для частичной очистки раствора от увлеченной им твердой фазы. Слив гидроциклонов направляют на обескремнивание. Шлам из трубчатого аппарата влажностью 40-60 % поступает па вторую стадию выщелачивания в стержневую мельницу 2; сюда же подается оборотный раствор. После второй стадии выщелачивания шлам фильтруется и промывается на карусельных вакуум-фильтрах 4 или в фильтрах-сгустителях.
Примерный режим двустадийного выщелачивания: температура оборотного раствора 60-70 °С; концентрация Al 2 O 3 и сливе трубчатого аппарата 80-85 г/л; каустический модуль слива 1,4-1,5; содержание фракции +1 мм в шламе, выходящем из мельниц, не более 10 %; ж: т в пульпе 1:1.
По двустадийной схеме целесообразно выщелачивать только пористый спек с минимальным содержанием мелких фракции. При этом основная часть глинозема (75-80%) должна извлекаться на первой стадии выщелачивания. К недостаткам двустадийной схемы можно отнести также вынос большого количества твердой фазы со сливом трубчатых аппаратов, приводящий к дополнительным вторичным потерям Al 2 O 3 и Na 2 O, неблагоприятные условия труда при обслуживании карусельных фильтров и малым срок службы фильтровальной ткани.
§ 41. Обескремнивание и карбонизация алюминатного раствора
При переработке нефелиновых руд и концентратов часть алюминатного раствора необходимо карбонизировать почти до полного выделения гидроксида алюминия, чтобы в дальнейшем получить чистые содопоташные растворы, а также избежать зарастания осадком гидроксида греющих поверхностных выпарных аппаратов. Поэтому алюминатные растворы поступающие на полную карбонизацию, должны быть подвергнуты глубокому обесремниванию.
После первой стадии обескремнивания в автоклавах до кремневого модуля 300-500 алюминатный раствор делится на два потока. Один поток поступает в содощелочную ветвь, другой-на вторую стадию обескремнивания, а затем-в содовую ветвь. Вторая стадия обескремнивания осуществляется до кремневого модуля 1000-1500 в мешалках с добавкой извести.
В содощелочной ветви из алюминатного раствора выделяют продукционный гидроксид алюминия. Это достигается неполной карбонизацией раствора с последующей декомпозицией или только декомпозицией. Алюминатные растворы, которые наряду с натриевой щелочью содержат и калиевую, при прочих равных условиях разлагаются при декомпозиции быстрее, чем чисто натриевые растворы. Продукционный гидроксид алюминия отделяют от содощелочного раствора, промывают и кальцинируют. Содощелочной раствор после контрольной фильтрации направляют на выщелачивание спека; каустический модуль этого раствора 3-4.
В содовой ветви глубоко обескремненный раствор карбонизируют в одну стадию, а затем подвергают декомпозиции до каустического модуля 2-2,5. Выделенный в содовой ветви гидроксид алюминия используют в качестве затравки в содовой и содощелочной ветвях, а маточный содопоташный раствор, содержащий Al 2 O 3 около 1 г/л, направляют на получение соды и поташа.
В содовой ветви можно применять
также двустадийную карбонизацию алюминатного раствора с последующей декомпозицией
пульпы. После первой стадии карбонизации в растворе остается Al 2 O 3
3-5 г/л. На второй стадии карбонизации происходит практически полное разложение
алюминатного раствора с образованием бикарбоната натрия: Na 2 CO 3 +СО 2 +Н 2 О=2NаНСО 3 .
Маточный раствор после второй стадии карбонизации и декомпозиции содержит Al 2 O 3
0,2-0,3 г/л и NаНСО 3 11-12 г/л. Гидроксид алюминия, выделенный
на первой стадии карбонизации, используют в качестве затравки при декомпозиции
в содощелочной ветви.
Алюмокарбонатный кек, получившийся после второй стадии карбонизации и декомпозиции, возвращают на первую стадию карбонизации, а маточный раствор используют для получения соды и поташа.
§ 42. Переработка содопоташных растворов
Основными компонентами содопоташного раствора является Na 2 CO 3 , К 2 CO 3 , K 2 SO 4 и КСl. Раствор, полученный методом двустадийной бикарбонатной карбонизации, содержит также NаНСО 3 .
Для получения соды и поташа раствор упаривают; различная растворимость соды и поташа позволяет осуществить их раздельное получение. Растворимость поташа, в воде с повышением температуры непрерывно увеличивается и при 100 °С составляет 0,9%; растворимость соды увеличивается с повышением температуры до 32,5°С, а затем снижается и при 100°С составляет 31,1 %.
Ниже рассмотрена технологическая
схема переработки содопоташного раствора, получаемого при комплексной переработке
кияшалтырских уртитов (рис. 88). Примерный состав этого раствора, г/л: Na 2 CО 3
130; К 2 СО 3 22; К 2 SО 4 10; КСl 1,2.
Технологический
процесс переработки содопоташного раствора состоит из следующих
основных стадий: нейтрализации исходного раствора, концентрационной выпарки раствора
и растворения в нем двойной соли, первой стадии выделения соды, выделения сульфата
калия, второй стадии выделения соды, выделения двойной соли, выделения хлорида
калия, выделения поташа.
NaHCО 3 +NaOН=Na 2 CО 3 +H 2 O. Нейтрализация необходима для предупреждения коррозии аппаратуры, а также для того, чтобы не допустить выделения в осадок содержащегося в растворе гидроксида алюминия. Содержание каустической щелочи и нейтрализованном растворе, и пересчете на Na 2 О составляет 0,1- 0,15 г/л.
В результате концентрационной выпарки получают раствор, из которого не кристаллизуются соли (плотность упаренного раствора 1,28-1,30 г/см 3), что позволяет удалить из такого раствора значительную часть воды на высокопроизводительных многокорпусных выпарных батареях.
Концентрированный раствор после растворения в нем двойной соли упаривают до концентрации, при которой происходит кристаллизация соды (плотность жидкой (разы 1,38-1,42 г/см 3).
В продукционном корпусе батареи поддерживают температуру 93-96°С, при которой в твердую фазу выделяется одноводная
сода Na 2 CO 3 .H 2 O (сода-1). Если температуру в продукционном корпусе поднять до температуры кипения раствора при атмосферном давлении (106-108°С), то в твердую фазу будет выделяться безводная сода. Однако эта температура очень близка к температуре перехода безводной соды в одноводную. Неизбежный переход части безводной соды в Na 2 CO 3 .H 2 O сопровождается цементацией осадка, что затрудняет отделение твердой фазы от жидкой.
Поэтому получение безводной соды на данной стадии выпарки нецелесообразно, Сода-1 характеризуется небольшим содержанием примесей поташа и сульфата калия; ее отделяют от маточною раствора н направляют на сушку.
Сульфат калия K 2 SО 4 выделяется при охлаждении до 35-40°С маточного раствора моногидратной соды, к которому для увеличения содержания калийных солей добавляют часть маточного раствора безводной соды. Кроме того, перед кристаллизацией сульфата калия в раствор добавляют конденсат, чтобы общая щелочность разбавленного раствора в пересчете на соду была в пределах 420-450 г/л. В таких условиях происходит кристаллизация сульфата калия с относительно небольшим содержанием примесей соды, поташа и глазерита 3 K 2 SО 4 .Na 2 SO 4 .
После выделения сульфата калия маточный раствор упаривают и выделяют из него соду-2. Температура кипения раствора в продукционном корпусе 108-115°С, давление близко к атмосферному, плотность жидкой фазы суспензии 1,45-1,5 г/см 3 . В этих условиях происходит кристаллизация безводной соды. Высокое содержание поташа в растворе снижает температуру перехода безводной соды в моногидратную до 70-80 °С, поэтому цементирующего осадка не образуется. По сравнению с содой-1 сода-2 значительно больше загрязнена примесями поташа и сульфата калия.
В маточном растворе безводной соды еще остается 10-12 % Na 2 CО 3 , и при упаривании этого раствора в твердую фазу выделяется не поташ, а двойная соль (Na,К) 2 СО 3 . Кристаллизацией двойной соли достигается очистка раствора от соды. Для этого маточный раствор безводной соды смешивают с маточным раствором поташа и полученный раствор упаривают до достижения плотности жидкой фазы 1,64-1,66. Двойную соль возвращают на первую стадию выделения соды.
Маточный раствор двойной соли разбавляют конденсатом до общей щелочности 520-550 г/см 3 в пересчете на соду и охлаждают до 10-30 °С. При охлаждении из раствора выделяется в твердую фазу хлорид калия КСl, что необходимо для получения поташа высокого качества. Чем ниже температура кристаллизации, тем полнее выделяется хлорид калия из раствора.
Очищенный
от хлора раствор упаривают при атмосферном давлении до плотности жидкой фазы 1,64-1,7
г/см 3 , после чего охлаждают до 55-75 °С. При охлаждении из раствора
кристаллизуется полутораводный поташ К 2 СО 3 -1,5H 2 O.
Оставшийся после
кристаллизации поташа маточный раствор возвращают на выпарку
с выделением двойной соли. Часть поташного маточника но
мере накопления в
нем каустической щелочи и соединений алюминия направляют в глиноземное производство.
На
практике применяется также схема переработки содопоташных растворов без выделения
сульфата калия и хлористого
калия. В этом случае содержащийся в исходном растворе
сульфат калия переходит в основном в соду, а тиосульфаты и хлориды -
в поташ,
загрязняя эти продукты.
Концентрирующая выпарка осуществляется в многокорпусных
прямоточных батареях, состоящих из выпарных аппаратов пленочного испарения. Растворы
с выделением соды упаривают в 3-4- корпусных выпарных батареях, работающих по
прямоточной или смешанной схеме. Так как упаривание сопровождается значительным
выделением твердой фазы, тo применяют выпарные аппараты с принудительной циркуляцией,
создаваемой циркуляционным насосом. Упаривание растворов с выделением двойной
соли осуществляется в двухкорпусных противоточных батареях. Высокая концентрация
солей в растворах и соответственно высокая их депрессия (30-35°С) не позволяет
применять на этой стадии выпарные батареи с большей кратностью использования пара.
При выделении поташа раствор упаривают в однокорпусных выпарных
установках.
Для
кристаллизации сульфата калия, хлористого калия и поташа применяются двухкорпусные
вакуум-кристаллизационные
установки, в которых охлаждение раствора достигается
за счет вакуумного испарения части воды. Каждый корпус вакуум-кристаллизационной
установки состоит из вакуум-испарителя и кристаллорастителя. В вакуум-испарителе
происходит самоиспарение раствора и его охлаждение. Охлажденный раствор стекает
в кристаллораститель, где осуществляется зарождение и рост кристаллов.
Температура
поступающего в вакуум-испаритель раствора превышает температуру его после самоиспарения
всего лишь на 2-5°С, т. е. это значит, что степень пересыщения раствора очень
невелика.
Это достигается смешением в определенном соотношении исходного раствора с уже охлажденным раствором из кристаллорастителя. Смешанный раствор циркуляционным насосом полается в вакуум-испаритель. Благодаря малому пересыщению раствора кристаллизующейся солью получаются достаточно крупные кристаллы.
Отделение кристаллов солей от жидкой фазы осуществляется на центрифугах либо непосредственно, либо с предварительным сгущением солей в сгустителях.
Для сушки солей применяют барабанные и аэрофонтанные сушилки. Аэрофонтанная сушилка представляет собой вертикальную трубу с несколькими пережимами по высоте. Благодаря пережимам происходит интенсивное перемешивание материала с горячими газами и увеличивается время пребывания его в сушилке.
Горячие топочные газы поступают в сушилку снизу и подхватывают
влажный материал, который подается в сушилку питателем.
Температуру теплоносителя
(топочных газов) па входе в сушилку поддерживают при сушке (кальцинации) соды
700-800 °С, при кальцинации поташа -около 700°С. Высушенный материал отделяется
от газов в циклонах. После очистки и пенных газоочистителях газы выбрасываются
в атмосферу.
Кальцинированная сода из нефелинового сырья должна удовлетворять требованиям ГОСТ 10689-75 (см. § 6). Основные области применения этой соды: производство глинозема и никеля, стекольная и целлюлозно-бумажная промышленности.
Поташ должен удовлетворять требованиям ГОСТ 10690-73 (см. § 6). Применяется поташ в электронной, стекольной, медицинской, строительной и других отраслях промышленности.
Выделяемые из содопоташных растворов сульфат калия и хлористый калий используют в сельском хозяйстве в качестве калийных удобрений.
Кроме рассмотренного нами способа
спекания, для переработки нефелинового сырья предложен ряд других способов, прошедших
полупромышленную проверку.
§ 43. Гидрохимический и другие способы переработки нефелинового сырья
По гидрохимическому способу (способ Пономарева -Сажина) разложение нефелина достигается обработкой нефелиновой руды
в автоклавах раствором едкой щелочи и присутствии извести (рис. 89).
При обработке
нефелина щелочным раствором глинозем в раствор практически не переходит, так как
образующиеся при выщелачивании щелочные алюминаты и силикаты взаимодействуют между
собой, образуя щелочные гидроалюмосиликаты, которые
остаются в осадке. Если
же выщелачивание нести в присутствии извести, то глинозем переходит в раствор
в виде алюминатов натрия и калия, а кремнезем остается в осадке в виде натриево-кальциевого
гидросиликата Na 2 O.2CaO.2SiO 2 .H 2 O. Происходящий
при выщелачивании процесс можно представить следующей суммарной реакцией:
(Na, К) 2 О Al 2 O 3 2SiО 2 + 2Са (ОН) 2 + 2NaOH == 2 (Na, К) AlO 2 + Na 2 О 2CaO 2SiO 2 H 2 O + 2H 2 O .
Для достаточно полного перевода глинозема в раствор (85-90%) необходима высокая температура (270-280 °С) и высокая концентрация Na 2 O в растворе (400-500 г/л). Известь дозируют из расчета 1-1,1 моля СаО на 1 моль SiO 2 .
Натриево-кальциевый гидросиликат устойчив только при высоких температурах (выше 270 °С) и при концентрации Na 2 O в растворе 200-500 г/л. При снижении температуры Na 2 О.2CaO.2SiО 2 .H 2 O взаимодействует с алюминатным раствором с образованием гидроалюмосиликата натрия и гидроксида кальция, в связи с чем необходимо быстрое отделение автоклавного шлама от алюминатного раствора.
Алюминатный раствор содержит SiO 2
5-7 г/л, поэтому его требуется обескремнивать. Из обескремненного раствора выделяют
твердый алюминат натрия (см. § 36). Для этого алюминатный и маточный растворы
после декомпозиции упаривают до концентрации Na 2 O 500-550 г/л, а затем
охлаждают до 40-50 °С. При охлаждении из раствора выделяется в твердую фазу около
80 % Al 2 O 3 в виде алюмината натрия.
p>Алюминат натрия отделяют от маточного раствора и после растворения направляют на декомпозицию. Маточн
Технологическая схема переработки нефелина представлена на рис. 14.11. Сущность разработанной и внедренной технологии состоит в следующем.
Нефелиновый концентрат совместно с известняком подвергается спеканию при температуре 1250 1300° С во вращающихся печах, обогреваемых продуктами сгорания жидкого, газообразного или пылевидного топлива, В результате спекания получают продукт, состоящий в основном из алюминатов щелочных металлов (Na 2 0 Al 2 0 3 и К 2 0 А1 2 0 3), двукальциевого силиката (2СаО Si0 2) и феррита натрия (Na 2 0 Fe 2 0 3). При водном выщелачивании снека алюминаты щелочных металлов переходят в раствор. Феррит натрия гидролизуется с образованием едкого натра и гидрооксида железа. Двукальциевый силикат взаимодействует с алюминатным раствором, в результате чего получают алюминаты щелочных металлов и трехкальциевый гидроалюминат по реакции:
Последнее соединение образует так называемый нефелиновый (бе- литовый) шлам, который отделяют от раствора, промывают и направляют на предприятия по производству портландцемента.
Алюминатный раствор подвергают обескремниванию , при этом образуются малорастворимые алюмосиликаты, отделяемые затем фильтрованием. Очищенный раствор алюминатов натрия и калия направляют на карбонизацию, осуществляемую путем обработки рас-
Рис. 14.11.
твора газами, содержащими С Од- Едкий натр и калий при этом превращаются в соду и поташ, а гидрооксид алюминия выпадает в осадок, который отделяют от маточного раствора, промывают и прокаливают при 1200 1250 °С во вращающихся печах. Содовый продукт (Na 2 C03 и К2СО3) получают путем упаривания растворов после выделения AI2O3 НгО. Процесс осуществляют в выпарных аппаратах в несколько стадий. Вначале выкристаллизовывается сода (ИагСОз), затем поташ (К 2 СОз).
Если учесть, что все жидкие продукты производства направляют в оборот, а газовые выбросы не превышают ПДК, то естественен вывод.
что технологическая схема переработки нефелинового сырья обеспечивает полное комплексное использование всех компонентов нефелиновой руды в виде товарных продуктов и является безотходной.
По этой технологии для получения 1 т глинозема расходуют 3.9 4,3 т нефелинового концентрата, 11 13,8 т известняка, 3 3,3 т топлива, 4,12 4,68 Гкал пара, 1050-1190 кВт ч электроэнергии. При этом попутно производят 0,62 0,78 т кальцинированной соды (в виде так называемой «тяжелой соды» продукта с высокой плотностью и большой насыпной массой), 0,18 0,28 т поташа и 9-10 т портландцемента. Эксплуатационные затраты на производство глинозема, соды, поташа, цемента, полученных из нефелинового сырья, на 10 15% ниже затрат при получении этих продуктов другими промышленными способами. Товарный выход глинозема и щелочей составляет 83 и 80% соответственно.
По описанной схеме переработки нефелиновых концентратов много лет работают Волховский и Пикалевский глиноземные заводы. По аналогичной схеме работает и крупнейший в стране Ачинский глиноземный завод, базирующийся, однако, на нефелиновом сырье Кия- Шалтырского месторождения Сибири. Нефелиновый шлам на Волховском и Пикалевском заводах полностью перерабатывается в высококачественный портландцемент. На Ачинском заводе пока используется лишь часть образующегося нефелинового шлама, остальное временно складируется. Тем не менее перспективы максимального использования нефелинового шлама чрезвычайно обширны и разнообразны.
Одним из перспективных направлений, обеспечивающих производство алюминия и алюминиевых сплавов практически без отходов, минуя гидрохимические стадии, являются электротермические процессы, в течение многих лет разрабатываемые в нашей стране.
Электротермический способ получения алюминия непосредственно из природного сырья основывается на восстановительной плавке смеси исходного сырья с восстановителем в мощных рудотермических электропечах. При этом получается черный алюминиево-кремневый сплав (силумин), в который переходят все компоненты сырья, за исключением кислорода и серы. Затем на второй стадии из черного сплава электрохимическим путем извлекают чистый алюминий, а в кремнистом остатке содержатся железо, титан, ванадий, хром и лишь немного алюминия. Его можно использовать в качестве комплексного раскислителя при производстве стали или для других целей.