На правах рукописи

Васильев Владимир Викторович

ОСАЖДЕНИЕ МАЛОРАСТВОРИМЫХ АЛЮМИНАТОВ ИЗ

РАСТВОРОВ ГЛИНОЗЕМНОГО ПРОИЗВОДСТВА И ИХ ЭФФЕКТИВНАЯ ПЕРЕРАБОТКА НА ГЛИНОЗЕМ И ПОПУТНУЮ ПРОДУКЦИЮ

Специальность 05.16.02 – Металлургия чёрных,

цветных и редких металлов

Автореферат

диссертации на соискание учёной степени кандидата технических наук

САНКТ-ПЕТЕРБУРГ-2014

Работа выполнена в федеральном государственном бюджетном образовательном учреждении высшего профессионального образования «Национальный минеральносырьевой университет «Горный»

Научный руководитель доктор технических наук Бричкин Вячеслав Николаевич

Официальные оппоненты:

Матвеев Виктор Алексеевич доктор технических наук, ФГБУН Институт химии и технологии редких элементов и минерального сырья имени И.В. Тананаева Кольского научного центра Российской академии наук, ведущий научный сотрудник Кононенко Евгений Степанович кандидат технических наук, ЗАО "БазэлЦементПикалево", управление глиноземного цеха, специалист (по новым технологиям)

Ведущая организация ООО «Объединенная Компания РУСАЛ Инженерно-технологический центр», обособленное подразделение в Санкт-Петербурге

Защита состоится 26 сентября 2014 г. в 14 час. 30 мин. на заседании диссертационного совета Д 212.224.03 при Национальном минерально-сырьевом университете «Горный»

по адресу: 199106 Санкт-Петербург, 21-я линия, д.2, ауд.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Национального минерально-сырьевого университета «Горный» и на сайте www.spmi.ru Автореферат разослан 11 июля 2014г.

УЧЕНЫЙ СЕКРЕТАРЬ ПЕТРОВ

диссертационного совета Георгий Валентинович

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность работы. Производство глинозёма щелочными способами представляет собой доминирующее направление в переработке алюминийсодержащего сырья природного и техногенного происхождения. При этом эффективность применяемых гидрометаллургических способов в значительной степени определяется полнотой оборота каустической щелочи, используемой на стадии вскрытия исходного сырья. В то же время имеются ограничения по степени её регенерации в базовой системе глинозёмного производства Na2O-Al2O3-H2O, что связано с установлением равновесия при достаточно низких каустических модулях, следствием чего является относительно невысокая степень разложения алюминатных растворов и высокий уровень незавершённости производства. Хорошо известны два принципиальных направления для решения этой проблемы. Одно из них заключается в снижении каустического модуля растворов в конце выщелачивания, а другое связано с его увеличением к концу декомпозиции. Возможности этих подходов на сегодняшний день практически исчерпаны, что привело к развитию альтернативных путей решения проблемы путём кристаллизации гидроалюминатов щелочных металлов, а также перехода к более сложным физико-химическим системам, позволяющим выделять малорастворимые соединения алюминия.

Понимание важности для производства глинозёма поставленных вопросов находит отражение в работах В.А. Мазеля, С.И. Кузнецова, А.И. Лайнера, В.Д. Пономарёва, В.С. Сажина, Л.П. Ни, Л.Г.

Романова, М.Н. Смирнова, Н.И. Еремина, Н.С. Мальца и других учёных, а на современном этапе – в работе ведущих специалистов научных школ ИМЕТ РАН им. А.А. Байкова, Института химии твёрдого тела УрО РАН, СПГГУ, УГТУ-УПИ, ИТЦ РУСАЛ и производственных коллективов глинозёмных предприятий. Это позволило значительно расширить теоретические представления о процессах декомпозиции и карбонизации алюминатных растворов, выделении алюминия из высокомодульных растворов и смежных технологических переделах, а также решить большой объём связанных с ними производственных задач. В то же время значительный круг вопросов теории и технологии выделения алюминия из щелочных алюминатных растворов и повышения эффективности оборота щелочных реагентов, обеспечивающих улучшение производственных показателей, нуждается в дальнейших исследованиях и разработках.

Представленные в диссертации исследования выполнялись в рамках Государственного контракта от 20.05.2011 г. № 16.525.11.5004 на выполнение опытно-технологических работ по теме «Разработка технологии комплексной переработки крупномасштабных отходов производства минеральных удобрений с получением товарных продуктов многофункционального назначения» в соответствии с ФЦП «Исследования и разработки по приоритетным направлениям развития научно-технологического комплекса России на 2007-2013 годы»; Государственного контракта от 13 сентября 2010 г. № 14.740.11.0146 на выполнение НИР по теме «Синтез лигатур, сплавов, оксидных и металлических композиций, обладающих объёмной или поверхностной упорядоченностью структуры на микро- и наноразмерном уровне» в соответствии с ФЦП «Научные и научно-педагогические кадры инновационной России на 2009-2013 годы».

Цель работы - обоснование и разработка технических решений, обеспечивающих повышение эффективности оборота щёлочи и комплексности переработки растворов глинозёмного производства.

Задачи исследования включают:

1. Анализ технических решений, обеспечивающих повышение эффективности оборота щёлочи и полноту выделения алюминия из растворов при переработке низкокачественных бокситов и других видов высококремнистого алюминиевого сырья;

';

2. Выбор технологического направления, обеспечивающего увеличение глубины переработки алюминатных растворов в рамках существующей щелочной переработки бокситов;

3. Термодинамический анализ систем, обеспечивающих глубокое выделение алюминия из щелочных растворов и переработку малорастворимых алюминатов на глинозем и попутную продукцию и разработка механизмов гетерогенного взаимодействия при участии твёрдых реагентов и твёрдых алюминатов щёлочноземельных металлов;

4. Экспериментальное определение показателей осаждения малорастворимых алюминатов в зависимости от технологически значимых факторов и природы используемых реагентов;

5. Определение показателей конверсии алюминатов щёлочноземельных металлов с получением низкомодульных алюминатных растворов, пригодных для выделения гидроксида алюминия в рамках существующих технологических схем;

6. Разработка аппаратурно-технологических решений, адаптированных к условиям действующих глинозёмных предприятий и обеспечивающих увеличение глубины переработки алюминатных растворов.

Методы исследований. В работе были использованы экспериментальные и теоретические методы исследований, включая термодинамический и кинетический анализ систем и протекающих в них процессов, математическое и физическое моделирование технологических процессов. Для изучения свойств и составов жидких и твердых технологических продуктов использовались физические и физико-химические методы: дифференциально-термический анализ, дифференциально-сканирующая калориметрия, оптическая микроскопия, лазерный микроанализ фракционного состава, классический химический анализ. На отдельных этапах работы применялись известные отраслевые методики, а обработка данных выполнялась с использованием стандартных программных пакетов.

Научная новизна:

1. Дано математическое описание показателей осаждения малорастворимого гидроалюмината кальция и установлена значимость для выявленных зависимостей ряда технологических факторов, включая продолжительность и температуру процесса, химический состав алюминатно-щелочного раствора, дозировку оксида кальция и затравки оборотного гидроалюмината кальция;

2. Определены кинетические параметры выделения из раствора гидроалюмината кальция, устанавливающие лимитирующую роль химического взаимодействия в основной период его осаждения, а также показана возможность описания кинетики этого процесса в широком интервале показателей по степени осаждения (от 0 до 95%) с помощью уравнения Колмогорова-Ерофеева для скорости топохимических процессов;

3. Определены термодинамические характеристики процесса карбонизации и каустификации гидроалюмината кальция в зависимости от параметров состояния системы Na2O-Al2O3-CaOCO2-H2O, позволяющие обосновать возможность получения алюминатных растворов пригодных для выделения гидроксида алюминия путём их декомпозиции;

Установлена зависимость показателей процесса карбонизации и каустификации гидроалюмината кальция в зависимости от технологически значимых фактов и определены оптимальные условия ведения процесса его переработки с получением алюминатных растворов, пригодных для осаждения гидроксида алюминия методом декомпозиции;

5. Установлены зависимости показателей осаждения малорастворимого гидроалюмината кальция и его последующей переработки при использовании химически осаждённого карбоната кальция (фосфомела), полученного способом жидкостной конверсии фосфогипса – отходов производства минеральных удобрений;

6. Разработаны рациональные технические решения, адаптированные к современному металлургическому комплексу для производства глинозёма, позволяющие повысить эффективность оборота щелочного компонента, снизить степень незавершённости производства по количеству оборотного алюмината натрия, а также обеспечить использование гидроалюмината кальция в производстве специальных марок глинозёма и других видов попутной продукции.

Практическая значимость работы:

1. Совокупность полученных результатов рекомендуется использовать при разработке технических заданий для выполнения НИР более высокого уровня и ОТР применительно к производству попутной продукции при переработке алюминийсодержащего сырья, а также для повышения эффективности оборота каустической щёлочи при переработке бокситов способом Байера, в том числе с использованием химически осаждённого карбоната кальция получаемого конверсией фосфогипса;

2. Методические разработки представляют интерес для их использования при выполнении исследований применительно к аналогичным процессам и системам, в том числе при выполнении экспериментальных исследований в рамках подготовки квалификационных работ разных уровней;

3. Научные и практические результаты рекомендуется использовать в учебном процессе с их включением в лекционные курсы и лабораторные практикумы при подготовке специалистов металлургического профиля в Национальном минеральносырьевом университете «Горный» по дисциплинам «Теория гидрометаллургических процессов», «Металлургия лёгких металлов», «Специальный курс. Производство глинозёма», «Физикохимические основы методов концентрирования и извлечения металлов из растворов».

Степень обоснованности и достоверность научных положений, выводов и рекомендаций, содержащихся в диссертации, подтверждается их соответствием известным тенденциям развития производства глинозёма, ранее полученным результатам и разработкам, а также доказывается с позиций современной теории гидрометаллургических процессов и практики осуществления аналогичных процессов, статистической значимостью факторов использованных в экспериментальных исследованиях, применением высокотехнологичных методов физикохимического анализа и обработки теоретических и экспериментальных данных.

Апробация работы. Основные результаты диссертации докладывались на международном конгрессе «Цветные Металлы Сибири-2011» (Красноярск 2011), «Цветные Металлы СибириКрасноярск 2012), на международном форуме горняков и металлургов во Фрайбергской горной академии (Фрайберг, 2012), на ежегодной научной конференции молодых учёных «Полезные ископаемые России и их освоение» в Горном университете (СПб, 2014).

Публикации. Основные положения диссертации опубликованы в 12 печатных работах, из них 3 в журналах, рекомендованных ВАК Минобрнауки России. Поданы 2 заявки на изобретение.

Личный вклад автора состоит в анализе научнотехнической и патентной литературы, определении задач теоретических и экспериментальных исследований, освоении известных и разработке методик проведения экспериментов, выполнении термодинамических расчётов и экспериментальных исследований различных уровней, разработке технических решения, адаптированных к технологическим схемам производства глинозёма, обработке полученных данных, подготовке статей и материалов для участия в конференциях.

Реализация результатов работы:

Подготовлена программа проведения исследований следующего уровня применительно к технологическим условиям ЗАО «БазэлЦемент Пикалёво». Научно-технологические результаты диссертации внедрены в учебный процесс.

Структура и объем работы. Диссертация состоит из введения, 5 глав, заключения, библиографического списка. Работа изложена на 176 страницах машинописного текста, содержит 22 таблицы и 82 рисунка. Библиография включает 179 наименований.

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во введении приводится краткое обоснование актуальности работы и её связь с отраслевыми программами. Сформулирована цель и задачи исследования, научная новизна и практическая ценность результатов, изложены основные положения, выносимые на защиту.

В первой главе приводится подробный анализ известных способов, технических решений, технологий и возможных подходов для повышения эффективности разложения алюминатных растворов глинозёмного производства.

Во второй главе представлено физико-химическое обоснование глубокого осаждения алюминия и регенерации щелочного компонента из растворов глинозёмного производства на основе термодинамических и кинетических факторов процесса.

В третьей главе приведена методика и результаты экспериментального исследования осаждения малорастворимых алюминатов кальция из алюминатных растворов в условиях моделирующих разные уровни технологически значимых параметров глиноземного производства.

экспериментального исследования разложения (конверсии) труднорастворимых алюминатов кальция с получением алюминатных растворов, пригодных для выделения гидроксида алюминия методом декомпозиции или карбонизации в рамках существующих технологических схем.

В пятой главе изложены результаты разработки рациональной технологической схемы процесса глубокого разложения алюминатных растворов и регенерации щёлочи применительно к существующему производственному комплексу.

Заключение отражает обобщенные выводы и рекомендации по результатам исследований в соответствии с целью и решенными задачами.

ЗАЩИЩАЕМЫЕ ПОЛОЖЕНИЯ

1. С целью увеличения глубины разложения алюминатных растворов и повышения эффективности оборота каустической щелочи в производстве глинозема способом Байера следует проводить осаждение малорастворимых алюминатов кальция, что обеспечивает получение растворов с каустическим модулем не ниже 15 единиц и степень разложения растворов на уровне 90%.

Хорошо известна низкая растворимость трёхкальциевого гидроалюмината (ТКГА), образующегося по реакции 2NaAl(OH)4+3Ca(OH)23CaOAl2O36H2O+NaOH, что создаёт предпосылки для повышения эффективности оборота щёлочи и полноты выделения алюминия. Определение закономерностей осаждения ТКГА и оптимальных условий осуществления процесса выполнялось в лабораторных условиях на основе математического планирования экспериментов. Для реализации была выбрана полуреплика от полного факторного эксперимента с числом опытов N=24-1, которая задавалась генерирующим соотношением x4=x1.x2.x3 В качестве переменных факторов были выбраны следующие режимные показатели процесса и соответствующие интервалы варьирования: x1 – каустический модуль (к), x1 = 3,5 0,1; x2 – мольное отношение CaO/Al2O3, x2 = 2,5 0,5; x3 –температура процесса (t); x3 = 95 5оС; x4 – концентрация каустической щелочи (N2Oк), x4 =135 5 г/л, таблица 1. Определяемыми показателями процесса являются извлечение Al2O3 в осадок и каустический модуль раствора. В качестве обобщающего параметра процесса принята величина относительного извлечения оксида алюминия:

где – извлечение Al2O3 из алюминатного раствора в осадок;

mCaO – масса оксида кальция, г; – время осаждения, час.; t – разность температуры в реакторе и температуры окружающей среды, град.

Таблица 1 – Матрица планирования экспериментов для времени Пробы анализировались на содержание каустической щелочи и оксида алюминия, по результатам которого оценивалась полнота осаждения оксида алюминия и каустический модуль конечного раствора. Графическая обработка результатов экспериментальных исследований приведена на рисунках 1 – 4. Эти графики дают наглядное представление о кинетике осаждения оксида алюминия и изменении каустического модуля, что позволяет установить область интенсивного прохождения процесса в пределах до 1 часа.

Рисунок 1 – Кинетика извлечения Al2O3 Рисунок 2 – Кинетика извлечения Al2O из раствора при осаждении трехкальцие- из раствора при осаждении трехкальцивого гидроалюмината. Номера линий евого гидроалюмината..Номера линий Рисунок 3 - Изменение каустического Рисунок 4 - Изменение каустического модуля раствора в процессе осаждения модуля раствора в процессе осаждения трехкальциевого гидроалюмината. Но- трехкальциевого гидроалюмината. Номера линий легенды согласно номеру мера линий легенды согласно номеру Для времени 30 минут функция обобщающего параметра достигает своего максимума, что позволяет рассматривать соответствующие условия, как отвечающие максимальному выходу продукта при минимальных затратах энергии, материалов и максимальной производительности оборудования.

Рисунок 5 – Зависимость относительно- Рисунок 6 – Зависимость относительго извлечения оксида алюминия в оса- ного извлечения оксида алюминия в док от времени процесса. Номера линий осадок от времени процесса. Номера легенды согласно номеру опыта в таб- линий легенды согласно номеру опыта Математическая обработка результатов исследования позволила получить адекватную математическую модель, описывающую зависимость извлечения (y1-5) и относительного извлечения (z1-5) Al2O3 из алюминатного раствора для времени синтеза ТКГА соответственно 0,25; 0,5; 1,0; 2,0; 4,0 часа, таблице 1:

y1 = 0,2995 – 0,0094x1 + 0,0505x2 – 0,017x3 – 0,0134x4, (1) y2 = 0,688 – 0,0374x1 + 0,1039x2 – 0,024x3 – 0,034x4, (3) y3 = 0,7156 – 0,0112x1 + 0,0127x2 +0,0011x3 – 0,0093x4, (5) z3 = 4,44 + 0,1081x1 – 0,024x2 – 0,3029x3 + 0,1711x4, (6) y4 =0,714 - 0,0097x1 + 0,1255x2 + 0,0003x3 – 0,0106x4, (7) y5 =0,7003 + 0,0007x1 – 0,141x2 – 0,0075x3 – 0,00132x4, (9) z5 = 1,1397 + 0,0379x1 + 0,0084x2 – 0,0657x3 – 0,0396x4. (10) Мольное отношение CaO/Al2O3 можно выделить как наиболее значимый фактор извлечения Al2O3 на фоне остальных переменных факторов, близких по уровню влияния.

Для определения кинетических параметров были проведены опыты при температуре 60, 75 и 90оС. Графическая обработка результатов исследований приведена на рисунке 7. На рисунке представлены линеаризованные кинетические кривые в координатах ln[-ln(1-)] = f(ln) в соответствии с уравнением КолмогороваЕрофеева:

где – степень завершения реакции (в нашем случае извлечение щелочи в раствор в долях от теоретически возможной величины), k и n– кинетические параметры.

Рисунок 7 – Кинетика осаждения Рисунок 8 – Линеаризованные кривые Al2O3 по извлечению в осадок при осаждения ТКГА при температуре осатемпературе 60, 75, 90оС. Номера ли- ждения 60, 75 и 90оС ний легенды соответствуют температуре процесса Постоянные параметры k и n связаны между собой уравнением Г.В. Саковича: K=nk(1/n), где K - константа скорости реакции. Это позволяет получить линеаризованную зависимость, связывающую параметры уравнения топохимической кинетики и уравнения Аррениуса где Eа и K0 – соответственно энергия активации и постоянная уравнения Аррениуса.

Таблица 2 - Кинетические параметры осаждения оксида алюминия известковым молоком из высокомодульных щелочных Полученные результаты позволяют сделать ряд выводов относительно механизма и кинетики процесса осаждения трёхкальциевого алюмината:

- лимитирующая стадия процесса во всём временном интервале может быть идентифицирована, как соответствующая диффузии материалов и продуктов;

- с высокой долей вероятности можно говорить о наличии явления индукции при осаждении Ca3Al2(OH)12 из высокомодульных щелочных алюминатных растворов.

2. В интересах рациональной переработки малорастворимых алюминатов их следует подвергать конверсии с получением низкомодульных алюминатных растворов, пригодных для выделения гидроксида алюминия в рамках существующих технологических схем или использовать в качестве компонента сырьевых смесей для производства специальных марок портландцемента.

Для проведения экспериментов по переработке алюминатов кальция методом содового выщелачивания были отобраны следующие технологически значимые факторы и диапазон их изменения:

температура процесса - 95, 90 и 80оС; молярное соотношение Ca3Al2(OH)12/Na2CO3 - 1/3, 1/2, 1/1; концентрация общей щёлочи в пересчёте на Na2O - 70, 85, 100 и 140 г/л.

Гаусса-Зайделя. При проведении первой группы экспериментов фиксировалось значение концентрации общей щёлочи в растворе на уровне Рисунок 9 – Кинетика выделения Al2O3 в раствор из трехкальциевого гидроалюмината при температуре 80,90 и 95оС трехкальциевого гидроалюмината к карбонату натрия на уровне 1/3, рисунок 9.

В дальнейших исследованиях температура была зафиксирована на уровне 95оС, как наиболее предпочтительная по степени извлечения Al2O3, что позволило перейти к варьированию следующего фактора. При этом изучалось влияние концентрации общей щёлочи в растворе на показатели процесса конверсии ТКГА, рисунок 10.

Рисунок 10 – Кинетика извлечения Рисунок 11 – Кинетика извлечения Al2O3 из трехкальциевого гидроалюми- Al2O3 из трехкальциевого гидроалюмината в раствор при концентрации ната в раствор при мольном отношении Na2Oк: 70, 85, 100, 140 г/л Ca3Al2(OH)12/Na2CO3: 1/2;1/3;1/ Полученные результаты подтверждают сильное влияние концентрации общей щёлочи на показатели конверсии ТКГА в соответствии с зависимостью константы равновесия этого процесса, что ограничивает получение растворов с высокой концентрацией NaOH.

Соответствующее снижение степени конверсии соды с увеличением концентрации раствора вызывает снижение показателей извлечения алюминия в раствор и рост каустического модуля конечного раствора. Это позволяет рекомендовать проведение процесса при общей концентрации Na2O около 70 г/л, которая была зафиксирована на этом уровне в дальнейших исследованиях. Результаты экспериментов позволяют говорить о заметном влиянии мольного отношения Ca3Al2(OH)12/Na2CO3 на показатели конверсии и соотношение продуктов конверсии в конечном растворе, что отражает изменения в термодинамике этого процесса.

С целью снижения каустического модуля алюминатного раствора в процессе содовой конверсии, были исследованы закономерности предварительной карбонизации ТКГА согласно реакции:

3CaO·Al2O3·6H2O +nCO2 = nCaCO3 + n/3(Al2O3·3H2O) + Для проведения экспериментов были выбраны следующие факторы и их значения: массовое отношение количества жидкой фазы к количеству твёрдой фазы (ж/т) = 2:1, 3:1, 4:1; фоновая концентрация Na2CO3 в растворе - 5, 10, 15 г/л; температура процесса - 95, 90, 80, 40оС. Полученные результаты приведены на рисунках 12-14, что позволяет говорить о предпочтительности проведения процесса при температуре 90оС.

Рисунок 12 – Кинетика карбонизации Рисунок 13 – Кинетика карбонизации ТКГА в зависимости от Ж/Т в пульпе ТКГА в зависимости от фоновой конпри фоновой концентрации карбоната центрации карбоната натрия при Ж/Т = натрия 10г/л и температуре 90оС. Но- 4/1 и температуре 90оС. Номера линий мера линий легенды соответствуют легенды соответствуют концентрации Таким образом, достижению высокой степени завершения карбонизации ТКГА соответствует температура 90оС при фоновой концентрации карбоната натрия 10г/л, ж/т = 4/1 и длительности процесса 2 часа.

Рисунок 14 – Кинетика карбонизации Рисунок 15 – ДСК образца ТКГА и проТКГА в зависимости от температуры дуктов его карбонизации: ряд ТКГА – процесса при фоновой концентрации исходный образец; ряд 1, 6 – продукты карбоната натрия 10г/л и ж/т = 4/1. Но- карбонизации с различной степенью мера линий легенды соответствуют тем- завершения процесса пературе процесса: 40; 80; 90; 95оС С учетом предпочтительных условий осуществляемого процесса предложена принципиальная технологическая схема осаждения и конверсии ТКГА, представленная на рисунке 16.

Расчётный экономический эффект, достигается за счёт сокращения удельного щелочного потока оборотного раствора и при компенсации текущих потерь щёлочи содой составляет 2,57% от годового объёма расходов на осуществление основных технологических операций в гидрометаллургическом цикле переработки бокситов.

Универсальное технологическое решение включает разложение алюминатных растворов, получаемых при содовой конверсии ТКГА, методом карбонизации с получением гидроксида алюминия и содового раствора, который возвращается в процесс выщелачивания ТКГА. Особенность этой схемы заключается в выделении циклического процесса содовой конверсии ТКГА и карбонизации, что обеспечивает возможность получения дополнительного количества гидроксида алюминия и ТКГА в качестве отдельного продукта для использования в производстве специальных вяжущих материалов. При этом существует возможность кооперации производства глинозёма и минеральных удобрений за счёт использования химически осаждённого карбоната кальция получаемого по технологии конверсии фосфогипса, реализованной в опытно-промышленном масштабе на ОАО «ФосАгро-Череповец» и основанной на стехиометрии следующей реакции:

CaSO4·2H2O(тв) + (NH4)2CO3(р-р) CaCO3(тв) + (NH4)2SO4(р-р) + 2H2O(ж).

алюминатный раствор Рисунок 16 – Принципиальная технологическая схема осаждения и конверсии ТКГА с возвратом дополнительного потока низкомодульного алюминатного раствора на декомпозицию

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

Диссертация представляет собой законченную научноквалификационную работу, в которой поставлена и решена актуальная задача повышения эффективности оборота щелочи за счет осаждения труднорастворимых алюминатов кальция при переработке бокситов способом Байера.

Основные научные результаты, полученные в ходе исследований:

1. Предложена функция производная от скорости зародышеобразования для оценки метастабильной устойчивости растворов, и показано, что в качестве определяющего фактора длительности индукционного периода выступает вязкость кристаллобразующей среды;

2. Установлена зависимость осаждения оксида алюминия в системе Na2O-Al2O3-CaO-H2O от технологически значимых факторов и определены оптимальные условия его осаждения применительно к условиям производства глинозема способом Байера;

3. Дано математическое описание показателей осаждения ТКГА из щелочных алюминатных растворов и установлено, что в принятых пределах варьирования факторов показатели процесса описываются линейной функцией с доверительной вероятностью в 95%;

4. Показано, что лимитирующая стадия процесса осаждения ТКГА во всём временном интервале может быть идентифицирована, как соответствующая диффузии участников взаимодействия и с высокой долей вероятности можно говорить о наличии явления индукции при осаждении Ca3Al2(OH)12 из щелочных алюминатных растворов;

5. Установлена зависимость показателей содовой конверсии и карбонизации ТКГА в зависимости от технологически значимых фактов и определены оптимальные условия ведения процесса его переработки с получением алюминатных растворов, пригодных для осаждения гидроксида алюминия методом декомпозиции;

6. Осаждение и содовая конверсия ТКГА позволяет получать растворы, пригодные для разложения, как способом декомпозиции, так и карбонизации с получением дополнительного количества гидроксида алюминия в рамках существующих технологических схем производства глинозёма;

7. Расчётный экономический эффект, достигается за счёт сокращения удельного щелочного потока оборотного раствора и при компенсации текущих потерь щёлочи содой составляет 2,57% от годового объёма расходов на осуществление основных технологических операций в гидрометаллургическом цикле переработки бокситов;

По теме диссертации опубликованы следующие работы:

1. Бричкин В.Н. Влияние степени метастабильности растворов на кинетику массовой кристаллизации / В.Н. Бричкин, Н.А. Новиков, В.В. Радько, В.В. Васильев // Записки Горного института, 2011. Т.192. С. 39-42.

2. Бричкин В.Н. Применение высокоактивного карбоната кальция для синтеза продуктов в системе Na2O-Al2O3-CaO-CO2-H2O / В.Н. Бричкин, В.М. Сизяков, В.В. Васильев, Е.Е. Гордюшенков // Записки Горного института, 2013. Т. 202. С. 174-180.

3. Бричкин В.Н. О направлениях стабилизации гранулометрического состава металлургического глинозёма / В.Н. Бричкин, В.В. Васильев, Е.Е. Гордюшенков, Е.А. Алексеева // Записки Горного института, 2013. Т. 202. С. 231-234.

4. Vasilyev V. Using repetition material and secondary resources in the production of alumina / V. Vasilyev, V. Brichkin // Scientific Reports of Resources Issues 2012. Innovations in Mineral Industry – Bridging Science, Practice, and Education along the Value Chain. Freiberg (Germany): Medienzentrum der TU Bergakademie Freiberg, 2012. – V 1.

- P. 284-288.

5. Васильев В.В. Физико-химические традиции и особенности термодинамики производства глинозёма по способу Байера / В.В. Васильев, В.Н. Бричкин, Д.А. Кремчеева, В.В. Радько // Металлургия лёгких и тугоплавких металлов. Екатеринбург: УГТУ-УПИ., 2008. С. 9-16.

6. Васильев В.В. Повышение затравочной активности гидроксида алюминия // Сборник тезисов II Корпоративной студенческой конференции UC RUSAL. Каменск-Уральский, 19-20 февраля 2011. С. 38-40.

7. Бричкин В.Н. Закономерности декомпозиции алюминатных растворов в системе Na2O-K2O-Al2O3-H2O / В.Н. Бричкин, В.В.

Васильев, В.В. Радько, Н.А. Новиков // Цветные металлы Сибири 2009. Красноярск: ООО «Версо», 2009. С. 162-165.

8. Бричкин В.Н. Физическое и математическое моделирование процесса разложения алюминатных растворов в производстве глинозёма / В.Н. Бричкин, Д.А. Кремчеева, В.В. Радько, В.В. Васильев // Цветные металлы 2010. Красноярск: ООО «Версо», 2010 С.

384-387.

9. Бричкин В.Н. Факторы изменения затравочной активности гидроксида алюминия при декомпозиции алюминатных растворов / В.Н. Бричкин, В.В. Васильев, А.А. Беседин, Е.Е. Гордюшенков // Цветные металлы 2011. Красноярск: ООО «Версо», 2011. С. 142-146.

10. Бричкин В.Н. Растворимость Al2O3 в системе Na2O-K2OAl2O3-H2O и её влияние на показатели декомпозиции алюминатных растворов / В.Н. Бричкин, В.В. Васильев, А.А. Беседин, Е.Е. Гордюшенков // Цветные металлы 2011. Красноярск: ООО «Версо», 2011 С. 147-150.

11. Бричкин В.Н. Использование химически осаждённого карбоната кальция в производстве глинозёма и попутной продукции / В.Н. Бричкин, В.М. Сизяков, Н.Н. Николаева, В.В. Васильев // Цветные металлы 2012. Красноярск: ООО «Версо», 2012 С. 362-366.

12. Бричкин В.Н. Влияние примесей на нестабильность гранулометрического состава продукционного гидроксида алюминия / В.Н. Бричкин, В.В. Васильев, Н.Н. Николаева, Е.Е. Гордюшенков // Цветные металлы 2012. Красноярск: ООО «Версо», 2012 С. 367-369.