[go: up one dir, main page]

RU2835414C1 - Method for hydrochemical treatment of calcium silicate sludge - Google Patents

Method for hydrochemical treatment of calcium silicate sludge Download PDF

Info

Publication number
RU2835414C1
RU2835414C1 RU2024120011A RU2024120011A RU2835414C1 RU 2835414 C1 RU2835414 C1 RU 2835414C1 RU 2024120011 A RU2024120011 A RU 2024120011A RU 2024120011 A RU2024120011 A RU 2024120011A RU 2835414 C1 RU2835414 C1 RU 2835414C1
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
sludge
calcium silicate
treatment
hydrochemical
hydrochemical treatment
Prior art date
Application number
RU2024120011A
Other languages
Russian (ru)
Inventor
Виктор Михайлович Сизяков
Николай Александрович Новиков
Вячеслав Николаевич Бричкин
Роман Владимирович Куртенков
Игорь Сергеевич Бормотов
Original Assignee
федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Санкт-Петербургский горный университет императрицы Екатерины II"
Filing date
Publication date
Application filed by федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Санкт-Петербургский горный университет императрицы Екатерины II" filed Critical федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Санкт-Петербургский горный университет императрицы Екатерины II"
Application granted granted Critical
Publication of RU2835414C1 publication Critical patent/RU2835414C1/en

Links

Abstract

FIELD: performing operations.
SUBSTANCE: invention relates to the technology of producing alumina by sintering during processing of aluminosilicates, including alkali-free aluminosilicates to obtain alumina and calcium silicate sludge, which needs additional processing to ensure the effect of complex use of the raw material. Method of hydrochemical treatment of calcium silicate sludge includes its division into two parts. One part is subjected to hydrochemical treatment by exposing the sludge to carbon dioxide in an aqueous medium at temperature of 25 to 95 °C, lasting from 2 to 6 hours and subsequent treatment with an alkaline solution. Further, it is mixed with the second part of the calcium silicate slurry until the composition of the crude mixture required for obtaining alite clinker is achieved. Raw material used is calcium silicate sludge containing γ-Ca2SiO4. One part is repulped with water to the ratio of liquid and solid components from 6/1 to 10/1. Hydrochemical treatment is carried out with a gas-air mixture with volume content of CO2 from 15 to 50%.
EFFECT: higher efficiency of complex processing of kaolinite ores.
1 cl, 2 dwg, 1 tbl, 13 ex

Description

Изобретение относится к технологии производства глинозема способом спекания при переработке алюмосиликатов, в том числе бесщелочных алюмосиликатов с получением глинозема и силикатно-кальциевого шлама, нуждающегося в дополнительной переработке для обеспечения эффекта комплексного использования сырья.The invention relates to a technology for producing alumina by sintering during the processing of aluminosilicates, including alkali-free aluminosilicates, to obtain alumina and silicate-calcium sludge, which requires additional processing to ensure the effect of complex use of raw materials.

Известен способ комплексной переработки нефелинового сырья (Лайнер А.И., Еремин Н.И., Лайнер Ю.А., Певзнер И.З. Производство глинозема. М.: Металлургия, 1978. С. 184-192), сущность которого заключается в спекании известняково-нефелиновой шихты, выщелачивании спека с получением алюминатного раствора, предназначенного для выделения гидроксида алюминия, и нефелинового шлама, который используется для производства портландцемента.A method for the complex processing of nepheline raw materials is known (Layner A.I., Eremin N.I., Layner Yu.A., Pevzner I.Z. Alumina Production. Moscow: Metallurgy, 1978. pp. 184-192), the essence of which lies in the sintering of limestone-nepheline batch, leaching of the sinter to obtain an aluminate solution intended for the extraction of aluminum hydroxide, and nepheline sludge, which is used for the production of Portland cement.

Недостатком способа является повышенное содержание щелочных компонентов в нефелиновом шламе и необходимость полной утилизации шлама в производстве портландцемента для достижения эффекта комплексной безотходной переработки исходного сырья, что вызывает необходимость введения дополнительного количества известкового компонента, например известняка, и однозначно определяет соотношение основной и попутной продукции.The disadvantage of the method is the increased content of alkaline components in nepheline sludge and the need for complete utilization of sludge in the production of Portland cement to achieve the effect of complex waste-free processing of the original raw materials, which necessitates the introduction of an additional amount of lime component, such as limestone, and clearly determines the ratio of the main and by-products.

Известен способ переработки безщелочного алюмосиликатного сырья (Лайнер А.И., Еремин Н.И., Лайнер Ю.А., Певзнер И.З. Производство глинозема. М.: Металлургия, 1978. С. 317-319), включающий спекание двухкомпонентной известняково-алюмосиликатной шихты, выщелачивание спека с получением алюминатного раствора, предназначенного для выделения гидроксида алюминия, и силикатно-кальциевого шлама, который используется для производства портландцемента.A method for processing alkali-free aluminosilicate raw materials is known (Layner A.I., Eremin N.I., Layner Yu.A., Pevzner I.Z. Alumina Production. Moscow: Metallurgy, 1978. pp. 317-319), which includes sintering a two-component limestone-aluminosilicate batch, leaching the sinter to obtain an aluminate solution intended for the extraction of aluminum hydroxide, and silicate-calcium sludge, which is used to produce Portland cement.

Недостатком этого способа является необходимость введения дополнительного количества известкового компонента, что однозначно определяет выход попутной продукции для утилизации всего объема силикатно-кальциевого шлама в производстве глинозема из каолинового сырья.The disadvantage of this method is the need to introduce an additional amount of lime component, which clearly determines the yield of by-products for the utilization of the entire volume of silicate-calcium sludge in the production of alumina from kaolin raw materials.

Известен способ гидрохимической щелочной обработки нефелинового шлама, содержащего β-2CaO·SiO2 в качестве основного компонента (Абрамов В.Я., Алексеев А.И., Бадальянц Х.А. Комплексная переработка нефелино-апатитового сырья. М.: Металлургия, 1990. С. 219-220), сущность которого заключается в обработке нефелинового шлама раствором NaOH при температуре 95°С с целью образования активных продуктов разложения исходного двухкальциевого силиката.A method of hydrochemical alkaline treatment of nepheline sludge containing β-2CaO SiO 2 as the main component is known (Abramov V.Ya., Alekseev A.I., Badal'yants Kh.A. Complex processing of nepheline-apatite raw materials. Moscow: Metallurgy, 1990. Pp. 219-220), the essence of which lies in the treatment of nepheline sludge with a NaOH solution at a temperature of 95°C in order to form active decomposition products of the original dicalcium silicate.

Недостатком способа является необходимость многоступенчатой промывки обработанного шлама от щелочи, при этом ее содержание в шламе сохраняется на недопустимо высоком уровне, а также достижение относительно низких показателей по степени конверсии.The disadvantage of this method is the need for multi-stage washing of the treated sludge from alkali, while its content in the sludge remains at an unacceptably high level, as well as the achievement of relatively low indicators for the degree of conversion.

Известен способ гидрохимической обработки нефелинового шлама (авторское свидетельство SU №1189833, опубл. 07.11.1985), по которому обработку шлама ведут содовым раствором с концентрацией Na2CO3 430 - 450 г/л при соотношении жидкого и твердого в пульпе равном (14,5-15):1.A method for hydrochemical treatment of nepheline sludge is known (author's certificate SU No. 1189833, published 07.11.1985), according to which the sludge is treated with a soda solution with a concentration of Na2CO3 of 430 - 450 g/l with a ratio of liquid to solid in the pulp equal to (14.5-15):1.

Недостатком способа является необходимость многоступенчатой промывки обработанного шлама от щелочи, при этом содержание ее в шламе сохраняется на недопустимо высоком уровне, а также достижение относительно низких показателей по степени конверсии.The disadvantage of this method is the need for multi-stage washing of the treated sludge from alkali, while its content in the sludge remains at an unacceptably high level, as well as the achievement of relatively low indicators for the degree of conversion.

Известен способ гидрохимической обработки нефелинового шлама (авторское свидетельство SU №981274, опубл. 17.12.1982), при котором нефелиновый шлам обрабатывают поташно-содовым раствором с концентрацией Na2CO3 90-120 г/л, K2CO3 20-90 г/л. Как и в ранее рассмотренных аналогах, этот способ отличается большим количеством технологических операций, необходимых для отделения содово-силикатного раствора, его регенерации, промывки нефелинового шлама и утилизации промывных вод.A method of hydrochemical treatment of nepheline sludge is known (author's certificate SU No. 981274, published on 17.12.1982), in which nepheline sludge is treated with a potash-soda solution with a concentration of Na 2 CO 3 90-120 g / l, K 2 CO 3 20-90 g / l. As in the previously considered analogs, this method is distinguished by a large number of technological operations necessary for separating the soda-silicate solution, its regeneration, washing the nepheline sludge and recycling the wash water.

Недостатком способа являются относительно невысокие показатели конверсии и сохранение недопустимо высокого содержания щелочей в промытом продукте.The disadvantage of this method is the relatively low conversion rates and the preservation of an unacceptably high alkali content in the washed product.

Известен способ гидрохимической обработки нефелинового шлама (Абрамов В.Я., Алексеев А.И, Бадальянц Х.А. Комплексная переработка нефелино-апатитового сырья. М.: Металлургия. 1990. С. 224-227), согласно которому предлагается вести обработку нефелинового шлама содо-поташным раствором, образующимся в результате карбонизации алюминатных растворов глиноземного производства.A method of hydrochemical treatment of nepheline sludge is known (Abramov V.Ya., Alekseev A.I., Badal'yants Kh.A. Complex processing of nepheline-apatite raw materials. Moscow: Metallurgy. 1990. Pp. 224-227), according to which it is proposed to treat nepheline sludge with a soda-potash solution formed as a result of carbonization of aluminate solutions of alumina production.

Недостатком способа являются относительно невысокие показатели конверсии β-2CaO·SiO2 с раздельным образованием известкового и силикатного компонента, а также сохранение недопустимо высокого содержания щелочей в промытом продукте.The disadvantage of the method is the relatively low conversion rates of β-2CaO SiO 2 with separate formation of the lime and silicate components, as well as the preservation of an unacceptably high alkali content in the washed product.

Известен способ гидрохимической обработки нефелинового шлама (Патент РФ №2246458, заявл. 04.12.2003, опубл. 20.02.2005), заключающийся в промывке шлама, обработке щелочным соединением и известковым молоком с дозировкой 1,0-5,0 молей СаО активного на один моль суммы щелочей в нефелиновом шламе при температуре 25-95°С в течение 1-4 ч.A method for hydrochemical treatment of nepheline sludge is known (RU Patent No. 2246458, filed 04.12.2003, published 20.02.2005), which consists of washing the sludge, treating it with an alkaline compound and lime milk with a dosage of 1.0-5.0 moles of active CaO per mole of the sum of alkalis in the nepheline sludge at a temperature of 25-95°C for 1-4 hours.

Недостатком данного способа является необходимость введения значительного количества дополнительных технологических операций, а также невозможность разделить известковый и силикатный компонент, что исключает возможность изменить соотношение объемов основной и попутной продукции.The disadvantage of this method is the need to introduce a significant number of additional technological operations, as well as the impossibility of separating the lime and silicate components, which eliminates the possibility of changing the ratio of the volumes of the main and by-products.

Известен способ гидрохимической обработки нефелинового шлама (патент РФ №2640071, опубл. 26.12.2017), принятый за прототип, который заключается в гидрохимической обработке нефелинового шлама для производства портландцементного клинкера воздействием на шлам углекислым газом в водной среде при температуре 25-95°C в течение 2-6 ч и последующей обработкой щелочным раствором. При этом исходный поток нефелинового шлама делится на две части, одна из которых подлежит гидрохимической обработке с получением продукта, отвечающего молярному соотношению CaO/SiO2>3, и затем смешивается со второй частью нефелинового шлама до достижения состава сырьевой смеси, необходимой для получения клинкера алитового состава.A method for hydrochemical treatment of nepheline sludge is known (RU Patent No. 2640071, published on 26.12.2017), adopted as a prototype, which consists of hydrochemical treatment of nepheline sludge for the production of Portland cement clinker by exposing the sludge to carbon dioxide in an aqueous medium at a temperature of 25-95 ° C for 2-6 hours and subsequent treatment with an alkaline solution. In this case, the initial flow of nepheline sludge is divided into two parts, one of which is subject to hydrochemical treatment to obtain a product corresponding to the molar ratio of CaO / SiO 2 > 3, and then mixed with the second part of the nepheline sludge until the composition of the raw mixture required to obtain clinker of alite composition is achieved.

Недостатком этого способа является сохранение достаточно высокого содержания щелочей в промытом продукте и его применимость только при переработке нефелиновых шламов, содержащих в качестве основного компонента ортосиликат кальция в составе метастабильной модификации β-2CaO·SiO2.The disadvantage of this method is the retention of a fairly high alkali content in the washed product and its applicability only in the processing of nepheline sludges containing calcium orthosilicate as the main component in the metastable modification β-2CaO SiO 2 .

Техническим результатом является повышение эффективности комплексной переработки каолинитовых руд.The technical result is an increase in the efficiency of complex processing of kaolinite ores.

Технический результат достигается тем, что в качестве сырья используют силикатно-кальциевый шлам, который содержит γ-Ca2SiO4, при этом одну часть репульпируют водой до отношения по массе жидкого и твердого компонентов от 6/1 до 10/1, а гидрохимическую обработку осуществляют газо-воздушной смесью с объемным содержанием CO2 от 15 до 50%.The technical result is achieved by using calcium silicate sludge as raw material, which contains γ-Ca 2 SiO 4 , while one part is repulped with water to a ratio by weight of liquid and solid components from 6/1 to 10/1, and hydrochemical treatment is carried out with a gas-air mixture with a volume content of CO 2 from 15 to 50%.

Способ поясняется следующими фигурами:The method is illustrated by the following figures:

фиг. 1 - график зависимости известкового модуля силикатно-кальциевого шлама после гидрохимической обработки от степени конверсии ортосиликата кальция;Fig. 1 - graph of the dependence of the lime modulus of calcium silicate sludge after hydrochemical treatment on the degree of conversion of calcium orthosilicate;

фиг. 2 - график зависимости доли силикатно-кальциевого шлама, поступающего на гидрохимическую обработку, в составе сырьевой смеси, от степени конверсии ортосиликата кальция.Fig. 2 - graph of the dependence of the proportion of calcium silicate sludge entering hydrochemical treatment in the composition of the raw mixture on the degree of conversion of calcium orthosilicate.

Способ осуществляется следующим образом. В качестве сырья используют силикатно-кальциевый шлам, полученный при переработке каолинитовой руды способом спекания, содержащий γ-Ca2SiO4, после его отделения от алюминатного раствора в системе противоточной промывки с влажностью около 50%, который делится на две части. Одна часть репульпируется водой до отношения по массе жидкого и твердого компонентов от 4/1 до 10/1 и затем подвергается гидрохимической обработке углекислым газом в составе газо-воздушной смеси с концентрацией CO2 от 15 до 50%, при температуре от 25 до 95°С продолжительностью от 2 до 6 часов, которая сопровождается следующим химическим взаимодействием:The method is carried out as follows. The raw material used is calcium silicate sludge obtained during the processing of kaolinite ore by the sintering method, containing γ-Ca 2 SiO 4 , after its separation from the aluminate solution in a counter-current washing system with a humidity of about 50%, which is divided into two parts. One part is repulped with water to a ratio by weight of liquid and solid components from 4/1 to 10/1 and then subjected to hydrochemical treatment with carbon dioxide in the composition of a gas-air mixture with a concentration of CO 2 from 15 to 50%, at a temperature of 25 to 95 ° C for a duration of 2 to 6 hours, which is accompanied by the following chemical interaction:

γ-Ca2SiO4 + 2CO2 + 2H2O = 2CaCO3 + H4SiO4 (1)γ-Ca 2 SiO 4 + 2CO 2 + 2H 2 O = 2CaCO 3 + H 4 SiO 4 (1)

После достижения требуемой степени конверсии ортосиликата кальция в составе шлама, осуществляют фильтрацию пульпы с получением жидкого и твердого продуктов. Жидкий продукт - оборотная вода, возвращается на стадию репульпациии силикатно-кальциевого шлама. Твердый продукт - конверсионный силикатно-кальциевый шлам, помещают в реактор с механическим перемешиванием и добавляют раствор каустической щелочи. После этого полученную пульпу фильтруют с получением твердого и жидкого продуктов. Жидкий продукт - силикатно-щелочной раствор, содержащий выделенный из состава шлама кремнезем, направляется на утилизацию. Твердый продукт - конверсионный шлам после гидрохимической обработки используют для приготовления сырьевой портландцементной смеси.After reaching the required degree of calcium orthosilicate conversion in the sludge, the pulp is filtered to obtain liquid and solid products. The liquid product, recycled water, is returned to the stage of repulping the silicate-calcium sludge. The solid product, the conversion silicate-calcium sludge, is placed in a reactor with mechanical mixing and a caustic alkali solution is added. After that, the resulting pulp is filtered to obtain solid and liquid products. The liquid product, a silicate-alkaline solution containing silica separated from the sludge, is sent for disposal. The solid product, the conversion sludge, after hydrochemical treatment is used to prepare raw Portland cement mixture.

Соотношение компонентов сырьевой смеси определяют величиной известкового модуля силикатно-кальциевого шлама исходного состава и величиной известкового модуля конверсионного шлама после гидрохимической обработки, которые рассчитывают по результатам рентгенофлуоресцентного анализа шламов на содержание CaO и SiO2:The ratio of the components of the raw mix is determined by the value of the lime module of the silicate-calcium sludge of the initial composition and the value of the lime module of the conversion sludge after hydrochemical treatment, which are calculated based on the results of X-ray fluorescence analysis of the sludge for the content of CaO and SiO 2 :

и)изв и (αк)изв - соответственно известковый модуль силикатно-кальциевого шлама исходного состава и конверсионного шлама после гидрохимической обработки;and ) izv and (α k ) izv are, respectively, the lime modulus of the silicate-calcium sludge of the original composition and the conversion sludge after hydrochemical treatment;

(CaO)и,(SiO2)и и (CaO)к, (SiO2)к - соответственно содержание CaO и SiO2 в исходном шламе и после гидрохимической обработки, %;(CaO) and ,(SiO 2 ) and and (CaO) k , (SiO 2 ) k - respectively, the content of CaO and SiO 2 in the original sludge and after hydrochemical treatment, %;

56 и 60 - соответственно молекулярная масса CaO и SiO2, г/моль.56 and 60 are the molecular weights of CaO and SiO 2 , respectively, g/mol.

Конверсионный шлам после гидрохимической обработки и вторую часть силикатно-кальциевого шлама исходного состава механически смешивают в соотношении, которое удовлетворяет стехиометрии алита согласно следующему соотношению:The conversion sludge after hydrochemical treatment and the second part of the silicate-calcium sludge of the original composition are mechanically mixed in a ratio that satisfies the stoichiometry of alite according to the following ratio:

αсм изв = 60(CaO)см / 56(SiO2)см = 3 ± 0,03, гдеα cm izv = 60(CaO) cm / 56(SiO 2 ) cm = 3 ± 0.03, where

(CaO)см и (SiO2)см - соответственно содержание CaO и SiO2 в готовой сырьевой смеси для получения клинкера алитового состава;(CaO) cm and (SiO 2 ) cm - respectively, the content of CaO and SiO 2 in the finished raw mix for obtaining clinker of alite composition;

с получением однородной по составу сырьевой портландцементной смеси.to obtain a raw Portland cement mixture of uniform composition.

Способ поясняется следующими примерами.The method is illustrated by the following examples.

Пример 1. Используется проба силикатно-кальциевого шлама, полученная при переработке каолинитовой руды способом спекания, следующего состава, масс. %: Al2O3 - 31,9; SiO2 - 52,2; Fe2O3 - 1,4; CaO - 0,59; ППП - 13,0. Шлам с остаточной влажностью 0,4-0,5% по данным анализатора MOC - 120H (Shimadzu) имеет следующий химический состав по результатам рентгенофлуоресцентного анализа на приборе XRF-1800 (Shimadzu) и определения содержания углерода с использованием анализатора TOC-L (Shimadzu), масс. %: Al2O3 - 1,43; SiO2 - 25,69; Fe2O3 - 0,63; CaO - 62,29; CO2 - 9,69; = 2,60. Силикатно-кальциевый шлам разбавляется водой до массового соотношения жидкого и твердого в пульпе - 4/1. Полученная пульпа нагревается до температуры процесса 25°С и подвергается обработке газо-воздушной смесью с концентрацией углекислого газа 50% длительностью 2 часа. Затем пульпу разделяют с помощью нутч-фильтра на жидкие и твердые продукты. Конверсионный шлам (твердый продукт) дополнительно обрабатывается раствором каустической щелочи для растворения, образовавшегося в процессе углекислотной конверсии силикатного компонента, и фильтрованием пульпа разделяется на твердые и жидкие продукты. Полнота завершения реакции (1) оценивается показателем степени конверсии, который выражает количество молей SiO2, замещенных в полиморфной модификации γ-2CaO·SiO2 на эквивалентное количество карбонат-ионов. По результатам анализа степень конверсии силикатно-кальциевого шлама составляет 9,5%, а известковый модуль конверсионного шлама после отделения силикатного компонента составляет 2,87. Расчеты состава сырьевой смеси показывают, что их результаты не имеют физического смысла, и приготовление сырьевой смеси алитового состава с использованием исходного шлама и прошедшего гидрохимическую обработку с указанными показателями невозможно (таблица 1).Example 1. A sample of calcium silicate sludge obtained during the processing of kaolinite ore by the sintering method is used, with the following composition, mass %: Al 2 O 3 - 31.9; SiO 2 - 52.2; Fe 2 O 3 - 1.4; CaO - 0.59; LOI - 13.0. The sludge with a residual moisture content of 0.4-0.5% according to the MOC - 120H analyzer (Shimadzu) has the following chemical composition according to the results of X-ray fluorescence analysis on an XRF-1800 device (Shimadzu) and determination of the carbon content using a TOC-L analyzer (Shimadzu), mass %: Al 2 O 3 - 1.43; SiO 2 - 25.69; Fe 2 O 3 - 0.63; CaO - 62.29; CO2 - 9.69; = 2.60. The calcium silicate sludge is diluted with water to a liquid to solid mass ratio in the pulp of 4/1. The resulting pulp is heated to a process temperature of 25°C and treated with a gas-air mixture with a carbon dioxide concentration of 50% for 2 hours. The pulp is then separated using a Nutsche filter into liquid and solid products. The conversion sludge (solid product) is additionally treated with a caustic alkali solution to dissolve the silicate component formed during the carbon dioxide conversion, and the pulp is separated by filtration into solid and liquid products. The completeness of reaction (1) is estimated by the conversion degree index, which expresses the number of moles of SiO 2 substituted in the polymorphic modification γ-2CaO SiO 2 by an equivalent amount of carbonate ions. According to the results of the analysis, the degree of conversion of the silicate-calcium sludge is 9.5%, and the lime module of the conversion sludge after separation of the silicate component is 2.87. Calculations of the composition of the raw mix show that their results do not have physical meaning, and the preparation of a raw mix of alite composition using the original sludge and the one that has undergone hydrochemical treatment with the specified indicators is impossible (Table 1).

Примеры 1-4 устанавливают заметное влияние массового отношения количества жидкого и твердого компонентов в интервале величин от 4/1 до 11/1 на показатели процесса гидрохимической обработки шлама и приготовления двухкомпонентной сырьевой смеси без введения дополнительного количества известкового компонента. В тоже время увеличение ж/т в диапазоне от 10/1 до 11/1 дает заметно меньший прирост степени конверсии, что позволяет ограничить верхний предел данного фактора на уровне 10/1. Нижний интервал этого фактора на уровне 4/1 ограничен заметным повышением вязкости пульпы и снижением скорости массообменных процессов, особенно в условиях пониженной температуры, как в Примере 1. Это не позволяет достичь минимально необходимой степени конверсии для приготовления сырьевой смеси алитового состава без введения дополнительного количества известкового компонента. Увеличение температуры процесса заметно интенсифицирует массообмен с достижением минимально необходимых показателей как в Примере 14, что позволяет ограничить нижний уровень этого фактора величиной 4/1, обеспечивающей реализацию процесса при минимальном объеме технологических материалов (таблица 1).Examples 1-4 establish a noticeable influence of the mass ratio of the amount of liquid and solid components in the range of values from 4/1 to 11/1 on the parameters of the process of hydrochemical treatment of sludge and preparation of a two-component raw mix without introducing an additional amount of lime component. At the same time, an increase in liquid/solid in the range from 10/1 to 11/1 gives a noticeably smaller increase in the degree of conversion, which allows limiting the upper limit of this factor at the level of 10/1. The lower range of this factor at the level of 4/1 is limited by a noticeable increase in the viscosity of the pulp and a decrease in the rate of mass exchange processes, especially under conditions of low temperature, as in Example 1. This does not allow achieving the minimum required degree of conversion for the preparation of a raw mix of alite composition without introducing an additional amount of lime component. An increase in the process temperature significantly intensifies mass transfer with the achievement of the minimum required indicators as in Example 14, which makes it possible to limit the lower level of this factor to 4/1, ensuring the implementation of the process with a minimum volume of process materials (Table 1).

Примеры 3, 5, 6 устанавливают влияние концентрации углекислого газа для диапазона концентраций CO2 в газо-воздушной смеси от 15 до 50%, которые являются предельно возможными для отходящих газов глиноземного и цементного производства. При этом верхний уровень концентрации определяется составом отходящих газов при обжиге известняка с получением жженой извести, а нижний уровень составом отходящих газов в производстве глинозема способом спекания и при обжиге сырьевых смесей портландцементного производства, что дополняется заметной интенсификацией массообменных процессов углекислотной гидрохимической обработки при их использовании.Examples 3, 5, 6 establish the influence of carbon dioxide concentration for the range of CO2 concentrations in the gas-air mixture from 15 to 50%, which are the maximum possible for the exhaust gases of alumina and cement production. In this case, the upper level of concentration is determined by the composition of the exhaust gases during the calcination of limestone to obtain burnt lime, and the lower level by the composition of the exhaust gases in the production of alumina by sintering and during the calcination of raw mixtures of Portland cement production, which is supplemented by a noticeable intensification of the mass exchange processes of carbon dioxide hydrochemical treatment during their use.

Примеры 5, 7-10 устанавливают, что температура процесса является существенным фактором гидрохимической обработки силикатно-кальциевого шлама, обеспечивающим устойчивый рост показателя конверсии ортосиликата кальция в интервале температур от 25 до 95°C. При этом нижний предел ограничен повышением вязкости пульпы и заметным снижением показателей конверсии, а верхний уровень ограничен реализацией процесса в атмосферных условиях и приближением системы к температуре кипения воды (таблица 1).Examples 5, 7-10 establish that the process temperature is a significant factor in the hydrochemical treatment of calcium silicate sludge, ensuring a stable increase in the calcium orthosilicate conversion rate in the temperature range from 25 to 95°C. In this case, the lower limit is limited by an increase in pulp viscosity and a noticeable decrease in conversion rates, and the upper level is limited by the implementation of the process in atmospheric conditions and the approach of the system to the boiling point of water (Table 1).

Примеры 10-13 иллюстрируют влияние продолжительности процесса гидрохимической конверсии на фоне остальных технологически значимых факторов, обеспечивающих наиболее высокие показатели процесса по степени конверсии ортосиликата кальция. При этом анализируя динамику изменения показателей можно сделать вывод о постепенном замедлении скорости процесса вследствие роста диффузионных сопротивлений массопереносу и приближении показателей к предельным значениям по величине степени конверсии, величине известкового модуля конверсионного шлама и его доли в составе двухкомпонентной сырьевой смеси. С учетом широкого интервала режимных показателей процесса его продолжительность в интервале от 2 до 6 часов обеспечивает достижение как минимально необходимых показателей по степени конверсии, так и максимальных для приготовления двухкомпонентной сырьевой смеси без введения дополнительного количества известкового компонента (таблица 1).Examples 10-13 illustrate the effect of the duration of the hydrochemical conversion process against the background of other technologically significant factors that ensure the highest process indicators for the degree of calcium orthosilicate conversion. At the same time, analyzing the dynamics of the change in indicators, we can conclude that the process rate gradually slows down due to the growth of diffusion resistance to mass transfer and the approach of the indicators to the limit values for the magnitude of the conversion degree, the value of the lime module of the conversion sludge and its share in the composition of the two-component raw mix. Taking into account the wide range of process performance indicators, its duration in the range from 2 to 6 hours ensures the achievement of both the minimum required indicators for the degree of conversion and the maximum ones for the preparation of a two-component raw mix without introducing an additional amount of the lime component (Table 1).

Пример 15. Используется проба силикатно-кальциевого шлама, полученная при переработке каолинитовой руды способом спекания, отличающейся по составу от руды в Примерах 1-14, масс. %: Al2O3 - 33,74; SiO2 - 46,77; Fe2O3 - 1,65; TiO2 - 3,22; CaO - 0,17; ППП - 12,91. Шлам с остаточной влажностью 0,4-0,5% по данным анализатора MOC - 120H (Shimadzu) имеет следующий химический состав по результатам рентгенофлуоресцентного анализа на приборе XRF-1800 (Shimadzu) и определения содержания углерода с использованием анализатора TOC-L (Shimadzu), масс. %: Al2O3 - 1,55; SiO2 - 23,29; CaO - 61,39; TiO2 - 1,47; Fe2O3 - 0,75; CO2 - 10,82; = 2,82. При этом процесс гидрохимической обработки силикатно-кальциевого шлама реализуется в условиях, обеспечивающих достижение максимальных показателей как в Примере 13. Полученные результаты устанавливают незначительное изменение показателей процесса по сравнению с Примером 13, несмотря на имеющиеся отличия в химическом составе сырья, связанного с большим содержанием примеси железа и титана. В тоже время используемое сырье обладает повышенным известковым модулем, по сравнению с ранее использованной пробой, что снижает количество ортосиликата кальция в шламе и является положительным фактором его гидрохимической обработки (таблица 1).Example 15. A sample of calcium silicate sludge obtained during the processing of kaolinite ore by the sintering method is used, which differs in composition from the ore in Examples 1-14, in mass %: Al 2 O 3 - 33.74; SiO 2 - 46.77; Fe 2 O 3 - 1.65; TiO 2 - 3.22; CaO - 0.17; LOI - 12.91. The sludge with a residual moisture content of 0.4-0.5% according to the MOC - 120H analyzer (Shimadzu) has the following chemical composition according to the results of X-ray fluorescence analysis on an XRF-1800 device (Shimadzu) and determination of the carbon content using a TOC-L analyzer (Shimadzu), in mass %: Al 2 O 3 - 1.55; SiO 2 - 23.29; CaO - 61.39; TiO 2 - 1.47; Fe 2 O 3 - 0.75; CO 2 - 10.82; = 2.82. In this case, the process of hydrochemical treatment of calcium silicate sludge is implemented under conditions that ensure the achievement of maximum indicators as in Example 13. The results obtained establish an insignificant change in the process indicators compared to Example 13, despite the existing differences in the chemical composition of the raw materials associated with a high content of iron and titanium impurities. At the same time, the raw materials used have an increased lime module, compared to the previously used sample, which reduces the amount of calcium orthosilicate in the sludge and is a positive factor in its hydrochemical treatment (Table 1).

Пример 16. Используется проба алюмосиликатного шлама с технологической влажностью 56,8% от переработки каолинитовой руды способом спекания, состав которой приведен в Примере 15. Процесс гидрохимической обработки силикатно-кальциевого шлама реализуется в условиях как в Примере 15. При этом достигаются показатели, незначительно отличающиеся от показателей Примера 15, что может быть связано с отсутствием операции сушки, вызывающей дополнительные изменения структуры и физико-химических свойств поверхности алюмосиликатного шлама, участвующей в гетерогенном взаимодействии при его гидрохимической обработке (таблица 1).Example 16. A sample of aluminosilicate sludge with a process moisture content of 56.8% from the processing of kaolinite ore by the sintering method is used, the composition of which is given in Example 15. The process of hydrochemical treatment of calcium silicate sludge is implemented under the conditions as in Example 15. In this case, the indicators achieved are slightly different from the indicators of Example 15, which may be due to the absence of a drying operation causing additional changes in the structure and physicochemical properties of the surface of the aluminosilicate sludge participating in the heterogeneous interaction during its hydrochemical treatment (Table 1).

Способ обеспечивает повышение технологической эффективности переработки каолинового сырья за счет разделения силикатного и известкового компонента в составе силикатно-кальциевого шлама, что обеспечивает приготовление двухкомпонентной сырьевой портландцементной смеси с использованием только шламовых компонентов, снижает расход известкового компонента, уменьшает количество выбросов парниковых газов и создает условия для управления соотношением основной и попутной продукции при комплексной переработке каолинитовых руд.The method provides an increase in the technological efficiency of processing kaolin raw materials due to the separation of the silicate and lime components in the composition of the silicate-calcium sludge, which ensures the preparation of a two-component raw Portland cement mixture using only sludge components, reduces the consumption of the lime component, reduces the amount of greenhouse gas emissions and creates conditions for managing the ratio of the main and by-products in the complex processing of kaolinite ores.

Таблица 1 - Показатели гидрохимической обработки силикатно-кальциевого шлама и приготовления сырьевой портландцементной смеси при переработке каолинового сырья способом спеканияTable 1 - Indicators of hydrochemical treatment of silicate-calcium sludge and preparation of raw Portland cement mixture during processing of kaolin raw materials by sintering method

Пример, №Example, No. Технологический режим углекислотной обработки силикатно-кальциевого шлама Technological mode of carbon dioxide treatment of calcium silicate sludge Показатели гидрохимической обработки силикатно-кальциевого шламаIndicators of hydrochemical treatment of calcium silicate sludge Показатели приготовления сырьевой портландцементной смесиIndicators for the preparation of raw Portland cement mixture ж/т пульпы, кг/кгy/t pulp, kg/kg Температура процесса, °СProcess temperature, °C Время процесса, часProcess time, hour Концентрация CO2 в газо-воздушной смеси, % Concentration of CO2 in the gas-air mixture, % Степень конверсии (εконв), %Conversion rate (ε conv ), % Известковый модуль шлама, после гидрохимической обработки (αк изв)Lime module of sludge after hydrochemical treatment (α k izv ) Доля шлама после гидрохимической обработки (хгх)Sludge fraction after hydrochemical treatment (x gx ) Доля шлама исходного состава (хис)Proportion of sludge of the original composition (x is ) Известковый модуль смеси (αсм изв)Lime modulus of the mixture (α cm izv ) 11 4/14/1 2525 22 5050 9,509.50 2,872.87 -- - 0,423- 0.423 -- 22 6/16/1 2525 22 5050 15,715.7 3,083.08 0,8590.859 0,1410.141 2,98 2.98 33 10/110/1 2525 22 5050 21,321.3 3,303.30 0,6310.631 0,3690.369 2,972.97 44 11/111/1 2525 22 5050 21,921.9 3,333.33 0,6120.612 0,3880.388 3,023.02 55 10/110/1 2525 22 1515 25,125.1 3,473.47 0,5350.535 0,4650.465 2,982.98 66 10/110/1 2525 22 3030 22,722.7 3,363.36 0,5930.593 0,4070.407 3,033.03 77 10/110/1 5050 22 1515 42,742.7 4,534.53 0,3160.316 0,6840.684 3,013.01 88 10/110/1 7070 22 1515 61,361.3 6,716.71 0,2200,220 0,7800,780 2,992.99 99 10/110/1 8080 22 1515 72,072.0 9,289.28 0,1870.187 0,8130.813 3,003.00 1010 10/110/1 9595 22 1515 80,580.5 13,3213.32 0,1680.168 0,8320.832 3,023.02 1111 10/110/1 9595 44 1515 87,987.9 21,4721.47 0,1530.153 0,8470.847 3,013.01 1212 10/110/1 9595 55 1515 89,389.3 24,2824.28 0,1510.151 0,8490.849 3,023.02 1313 10/110/1 9595 66 1515 92,492.4 34,1834.18 0,1460.146 0,8540.854 3,003.00 1414 4/14/1 9595 22 5050 23,423.4 3,413.41 0,5980.598 0,4020.402 2,982.98 1515 10/110/1 9595 66 1515 91,691.6 33,5733.57 0,0670.067 0,9330.933 3,023.02 1616 10/110/1 9595 66 1515 92,892.8 39,1739.17 0,0660.066 0,9340.934 3,033.03

Claims (1)

Способ гидрохимической обработки силикатно-кальциевого шлама, включающий его деление на две части, одна из которых подлежит гидрохимической обработке воздействием на шлам углекислым газом в водной среде при температуре от 25 до 95°С, длительностью от 2 до 6 часов и последующей обработке щелочным раствором, смешивание со второй частью силикатно-кальциевого шлама до достижения состава сырьевой смеси, необходимого для получения алитового клинкера, отличающийся тем, что в качестве сырья используют силикатно-кальциевый шлам, который содержит γ-Ca2SiO4, при этом одну часть репульпируют водой до отношения по массе жидкого и твердого компонентов от 6/1 до 10/1, а гидрохимическую обработку осуществляют газо-воздушной смесью с объемным содержанием CO2 от 15 до 50%.A method for hydrochemical treatment of calcium silicate sludge, including dividing it into two parts, one of which is subject to hydrochemical treatment by exposing the sludge to carbon dioxide in an aqueous medium at a temperature of 25 to 95°C, for a duration of 2 to 6 hours, and then treating it with an alkaline solution, mixing it with the second part of the calcium silicate sludge until the composition of the raw material mixture required to obtain alite clinker is achieved, characterized in that the raw material used is calcium silicate sludge, which contains γ-Ca 2 SiO 4 , wherein one part is repulped with water until the ratio by weight of the liquid and solid components is from 6/1 to 10/1, and the hydrochemical treatment is carried out with a gas-air mixture with a volume content of CO 2 from 15 to 50%.
RU2024120011A 2024-07-17 Method for hydrochemical treatment of calcium silicate sludge RU2835414C1 (en)

Publications (1)

Publication Number Publication Date
RU2835414C1 true RU2835414C1 (en) 2025-02-25

Family

ID=

Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
SU530001A1 (en) * 1975-03-05 1976-09-30 Ленинградский Ордена Трудового Красного Знамени Технологический Институт Им.Ленсовета The method of hydrochemical treatment of nepheline sludge
SU632664A1 (en) * 1976-11-17 1978-11-15 Ushakov Yurij A Method of treating nepheline-syenite slime
FR2546872A1 (en) * 1983-06-03 1984-12-07 Inst Aljuminievoi Process for the conversion of crude aluminosilicates to alumina, sodium products and cement
SU1189833A1 (en) * 1983-08-18 1985-11-07 Институт общей и неорганической химии АН АрмССР Method of hydrochemical processing of nephelite slime
RU2640071C1 (en) * 2016-12-29 2017-12-26 федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Санкт-Петербургский горный университет" Method of hydrochemical processing of nepheline sludge

Patent Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
SU530001A1 (en) * 1975-03-05 1976-09-30 Ленинградский Ордена Трудового Красного Знамени Технологический Институт Им.Ленсовета The method of hydrochemical treatment of nepheline sludge
SU632664A1 (en) * 1976-11-17 1978-11-15 Ushakov Yurij A Method of treating nepheline-syenite slime
FR2546872A1 (en) * 1983-06-03 1984-12-07 Inst Aljuminievoi Process for the conversion of crude aluminosilicates to alumina, sodium products and cement
SU1189833A1 (en) * 1983-08-18 1985-11-07 Институт общей и неорганической химии АН АрмССР Method of hydrochemical processing of nephelite slime
RU2640071C1 (en) * 2016-12-29 2017-12-26 федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Санкт-Петербургский горный университет" Method of hydrochemical processing of nepheline sludge

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN102020299B (en) Method for producing industrial activated aluminum oxide from pulverized fuel ash
WO2018233688A1 (en) Method for preparing aluminum hydroxide by treating medium- and low-grade bauxite by using one-step alkali heat process of andradite
CN102167338A (en) Technology for preparing hydrated sodium aluminosilicate by utilizing high-alumina coal gangue and fly ash alkali soluble desiliconization
JP2005001949A (en) Magnesium oxide powder and method of manufacturing the same
CN103738972A (en) Method for preparing silicon micropowder by using pulverized fuel ash aluminum extraction residues
CN1526640A (en) Method for stabilizing hydrocalumite species
RU2835414C1 (en) Method for hydrochemical treatment of calcium silicate sludge
CN111592022B (en) Production method of pseudo-boehmite
FI62656C (en) FRAMEWORK FOR THE FINANCING OF FINANCIAL CONSTITUENTS IN THE FIELD OF CHEMICAL FORMAL CALCIUM MAGNESIUM CARBONATE
CN1036775C (en) Method for preparing high-content iron oxide red pigment from iron-containing industrial cinder
RU2562183C1 (en) Method of producing of scandium concentrate from red slime
RU2745771C1 (en) Method of producing a gypsum binder from wastes of metallurgical production
RU2808415C1 (en) Method for producing sodium-calcium silicate
CN109534357A (en) A kind of Y type molecular sieve prepared using white clay as raw material and its method
CN109179432B (en) Low-calcium calcined black talc production equipment, low-calcium calcined black talc and preparation method thereof
RU2198842C2 (en) Method of magnesium oxide producing
KR102271298B1 (en) Manufaturing method of zeolite using lithium residue
RU2355639C2 (en) Method of receiving of aluminium sulfate
CN104229807A (en) Method for preparing high-purity silica
RU2140998C1 (en) Method of processing of red sludge
EP0162059B1 (en) Method for causticizing green liquor in an alkaline pulping process
JP2007137716A (en) Method for producing zeolite
RU2051101C1 (en) Method of producing chemically precipitated chalk
RU2808413C1 (en) Method for producing liquid glass
RU2157340C1 (en) Method of production of hydroxochloride of aluminium