Санкт-Петербургский горный университет, Санкт-Петербург, Россия¹ ; Аль-Азхар университет, Каир, Египет²:

А. Б. Элдиб, аспирант кафедры металлургии¹, кафедра горного дела и нефти, инженерный факультет², эл. почта: s175000@stud.spmi.ru

Санкт-Петербургский горный университет, Санкт-Петербург, Россия:
В. Н. Бричкин, зав. кафедрой металлургии, докт. техн. наук, эл. почта: Brichkin_VN@pers.spmi.ru
В. Г. Поваров, ведущий научный сотрудник Центра коллективного пользования, докт. хим. наук, эл. почта: povarov_vg@pers.spmi.ru
Р. В. Куртенков, ассистент кафедры металлургии, канд. техн. наук, эл. почта: Kurtenkov_RV@ pers.spmi.ru

Приведены результаты исследования активирующего воздействия углерода на показатели спекания двухкомпонентной известняково-каолиновой шихты и последующей гидрометаллургической переработки спека. Пробу древесного угля и обожженных анодов алюминиевых электролизеров добавляли к смеси каолиновой руды и известняка до содержания 14 % углерода в шихте. Брикетированные шихты спекали в установленном технологическом режиме — с постоянной скоростью нагрева и охлаждением материалов при температуре изотермической выдержки в диапазоне 1250-1360 ^oC. Оценку температуры фазовых превращений и величин тепловых эффектов выполняли методом термогравиметрического анализа (ТGА) и дифференциальной сканирующей калориметрии (DSK). Фазовый состав спеков изучали методом рентгенодифракционого анализа (XRD), а фракционный состав образцов спека, формирующийся в результате процесса саморассыпания, исследовали методом лазерного микроанализа. Образцы спеков естественной крупности и без дополнительного измельчения подвергали содовому выщелачиванию в однотипных технологических условиях по температуре и продолжительности процесса, начальной концентрации твердого в пульпе, составу и концентрации раствора. Отфильтрованные и промытые дистиллированной водой шламы, полученные при выщелачивании спеков, исследовали методом XRD для определения фазового состава и методом рентгенофлуоресцентной спектрометрии (XRF) для установления химического состава. Извлечение оксида алюминия в раствор оценивали на основании содержания Al₂O₃ в спеке и шламе. Результаты экспериментальных исследований показали, что наибольший рост извлечения оксида алюминия из каолиновой руды составляет более 7 % при содержании углерода в шихте от 1,5 до 3,0 % в зависимости от природы углеродистого материала. Дальнейший рост доли соответствующей углеродистой добавки в шихту вызывает снижение извлечения Al₂O₃, что связано с образованием трудновскрываемого муллита. При этом активирующая роль углеродистой добавки имеет термодинамическую, энергетическую и кинетическую природу, объясняющую более полное усвоение извести с образованием конечных продуктов и снижение метастабильной устойчивости β-формы С₂S. Последнее вызывает ее ускоренный переход в термодинамически устойчивую γ-модификацию С₂S, повышенное самоизмельчение спека и заметную аморфизацию продуктов спекания. Исследования проводили с привлечением лабораторной базы Центра коллективного пользования Горного университета.

Работа проведена при финансовой поддержке Российского научного фонда по Соглашению № 18-19-00577 от 26.04.2018 о предоставлении гранта на проведение фундаментальных научных исследований и поисковых научных исследований.

1. Guo Y., Yan K., Cui L., Cheng F. Improved extraction of alumina from coal gangue by surface mechanically grinding modification // Powder Technol. 2016. No. 302. P. 33–41.
2. Al-Zahrani A. A., Abdul-Majid M. H. Extraction of alumina from local clays by hydrochloric acid process // Journal of King Abdulaziz University: Eng. Sci. 2009. Vol. 20, Iss. 2. P. 29–41.
3. ElDeeb A. B. S., Brichkin V. N. Egyptian aluminum containing ores and prospects for their use in the production of Aluminum // Int. J. Sci. Eng. Res. 2018. No. 9, Iss. 5. P. 721–731.
4. Wu Y., Xu P., Chen J., Li L., Li M. Effect of temperature on phase and alumina extraction efficiency of the product from sintering coal fly ash with ammonium sulfate // Chin. J. Chem. Eng. 2014. Vol. 22, Iss. 11–12. P. 1363–1367.
5. Samal S., Ray A. K., Bandopadhyay A. Characterization and microstructure observation of sintered red mud-fly ash mixtures at various elevated temperature // J. Clean. Prod. 2015. No. 101. P. 368–376.
6. Tian Y., Pan X., Yu H., Han Y., Tu G., Bi S. An improved lime sinter process to produce Al₂O₃ from low-grade Al-containing resources / ed. Williams E. // Light Metals. 2016. P. 5–9.
7. Бричкин В. Н., Куртенков Р. В., Элдиб А. Б., Бормотов И. С. Состояние и пути развития сырьевой базы алюминия небокситовых регионов // Обогащение руд. 2019. № 4. С. 31–37. DOI: 10.17580/or.2019.04.06
8. Wang H., Feng Q., Liu K. The dissolution behavior and mechanism of kaolinite in alkali-acid leaching process // Appl. Clay Sci. 2016. No. 132–133. P. 273–280.
9. Al-Ajeel A. A., Abdullah S. Z., Muslim W. A., Abdulkhader M. Q., Al-Halbosy M. K., Al-Jumely F. A. Extraction of Alumina from Iraqi colored kaolin by lime-sinter process // Iraqi Bull. Geol. Min. 2014. Vol. 10, Iss. 3. P. 109–117.
10. Toama H. Z., Al-Ajeel A. A., Jumaah A. H. Studying the efficiency of lime-soda Sinter process to extract alumina from colored Kaolinite ores using factorial technique of design of experiments // Eng. Technol. J. 2018. Vol. 36, Iss. 5A. P. 500–508.
11. Сизяков В. М. Химико-технологические закономерности процессов спекания щелочных алюмосиликатов и гидрохимической переработки спеков // Записки Горного института. 2016. Т. 217. С. 102–112.
12. Бричкин В. Н., Васильев В. В., Нагорная Е. А., Гуменюк А. М. Повышение качества боксита путем селективного измельчения // Обогащение руд. 2017. № 3. С. 3–9. DOI: 10.17580/or.2017.03.01
13. Suss A. G., Damaskin A. A., Senyuta A. S., Panov A. V., Smirnov A. A. The influence of the mineral composition of low grade aluminum ores on aluminium extraction by acid leaching // Light Metals. 2014. P. 105–109.
14. Балмаев Б. Г., Киров С. С., Пак В. И., Иванов М. А. Кинетика высокотемпературного солянокислотного выщелачивания каолиновых глин восточносибирских месторождений в лабораторных и укрупненных условиях // Цветные металлы. 2018. № 3. С. 38–45. DOI: 10.17580/tsm.2018.03.06
15. Allegretta I., Pinto D., Eramo G. Effects of grain size on the reactivity of limestone temper in kaolinite clay // Appl. Clay Sci. 2016. No. 126. P. 223–234.
16. Liu X., Liu X., Hu Y. Investigation of the thermal behavior and decomposition kinetics of kaolinite // Clay Miner. 2015. Vol. 50, Iss. 2. P. 199–209.
17. Dubovikov O. A, Brichkin V. N., Ris A. D., Sundurov A. V. Thermochemical activation of hydrated aluminosilicates and its importance for alumina production // Non-ferrous Metals. 2018. No 2. P. 3–15. DOI: 10.17580/nfm.2018.02.02
18. Bai G., Teng W., Wang X., Qin J., Xu P., Li P. Alkali desilicated coal fly ash as substitute of bauxite in lime-soda sintering process for aluminum production // Trans. Nonferrous Met. Soc. China. 2010. Vol. 20, Iss. 1. P. 169–175.
19. Sun H., Wang B., Zhang J., Zong S. Characterization and alumina leachability of 12CaO·7Al2O3 with different holding times // Adv. Mater. Sci. Eng. 2014. P. 1–6.
20. ElDeeb A. B., Brichkin V. N., Kurtenkov R. V., Bormotov I. S. Extraction of alumina from kaolin by a combination of Pyro- and hydrometallurgical Processes // Appl. Clay Sci. 2019. No. 172. P. 146–154.
21. Лайнер А. И., Еремин Н. И., Лайнер Ю. А., Певзнер И. З. Производство глинозема. — М. : Металлургия, 1978. — 344 с.
22. Guo Y., Yan K., Cui L., Cheng F., Lou H. H. Effect of Na₂CO₃ additive on the activation of coal gangue for alumina extraction // Int. J. Miner. Process. 2014. No. 131. P. 51–57.
23. Tang A., Su L., Li C., Wei W. Effect of mechanical activation on acid-leaching of kaolin residue // Appl. Clay Sci. 2010. No. 48. P. 296–299.
24. Kuang J., Yuan W., Li L., Hu J., XU L. Effects of Er(NO₃)₃, Nd(NO₃)₃ and Y(NO₃)₃ on kinetics of dehydroxylation of kaolinite // Powder Technol. 2016. No. 301. P. 581–589.
25. Souri A., Golestani-Fard F., Naghizadeh R., Veiseh S. An investigation on pozzolanic activity of Iranian kaolins obtained by thermal treatment // Appl. Clay Sci. 2015. No.103. P. 34–39.
26. Qiao X. C., Si P., Yu J. G. A Systematic investigation into the extraction of aluminum from coal spoil through kaolinite // Environ. Sci. Technol. 2008. No. 42. P. 8541–8546.
27. ГОСТ 7657–84. Уголь древесный. Технические условия ; введ. 01.01.1986.
28. ТУ 1913-001-00200992–95. Блоки анодные обожженные типа Б и В для алюминиевых электролизеров ; принят 01.01.1996.
29. Тейлор Х. Химия цемента. — М. : Мир, 1996. — 560 с.
30. Халифа А. А., Утков В. А., Бричкин В. Н. Влияние красного шлама на предотвращение полиморфизма двухкальциевого силиката и саморазрушение агломерата // Вестник Иркутского государственного технического университета. 2020. Т. 24. С. 231–240.