Н.Н.Гришин¹, А.Г.Иванова¹, Ю.Н.Нерадовский², Ю.Л.Войтеховский²

1 - Институт химии и технологии редких элементов и минерального сырья им. И.В.Тананаева Кольского научного центра РАН

2 - Геологический институт Кольского научного центра РАН

Алюминиевая промышленность Российской Федерации испытывает дефицит отечественных сырьевых ресурсов, в первую очередь высококачественных бокситов. Однако имеются запасы различных небокситовых руд, которые являются эффективными концентраторами глинозема.

В качестве исходного компонента в настоящей работе выбрана кианитовая руда Кейвского месторождения - крупнейшего в мире месторождения высокоглиноземистого сырья.

В кейвских сланцах сосредоточено 90% разведанных запасов кианитовых руд России. Запасы руды - 966 млн т до глубины 100 м, ресурсы - 14 млрд т. Запасы кианита - 338 млн т, ресурсы - 2 млрд т [1]. Благоприятные условия залегания рудных тел позволяют отрабатывать их открытым способом при высоких технико-экономических показателях [2]. На основе кианитового концентрата ранее разработаны и опробованы в промышленных условиях наполнители суспензий для точного литья, плавленолитые, муллитокремнеземистые и муллитоциркониевые огнеупоры для литейного производства [3]. Дополнительные возможности по использованию кианитов открываются после их предварительного обогащения по оксиду алюминия.

Нами было изучено карботермическое восстановление кианитового концентрата Хизоваарского месторождения. Выявлены основные зависимости обогащения Al₂O₃ и получен высокоглиноземистый продукт с содержанием, мас.%: Al₂O₃ - 94.0, SiO₂ - 1.05 [4].

С целью разработки технологии получения полупродуктов из алюмосиликатных природных объектов на базе разработанных положений исследовалось карботермическое обогащение сырой кианитовой руды Кейвского месторождения со следующим составом основных компонентов, мас.%: Al₂O₃ - 38.0, SiO2 - 55.0, C - 2.3 и примесей K₂O - 2.9, TiO₂ - 1.1, Fe₂O₃ - 1.4. Уголь был выбран как дешевый, распространенный и эффективный энергоноситель.

Наилучший результат карботермического восстановления кианитовой руды Кейвского месторождения был получен при обжиге при температуре 1700°С с выдержкой 6 ч при максимальной температуре (табл. 1).

Таблица 1 Карботермическое обогащение кианитовой руды Кейвского месторождения

Микрозондовый анализ показал, что все области в образце имеют лишь остаточное содержание кремния, который можно удалить, используя химическое дообогащение.

Данная технология позволяет получить высокоглиноземистых материалов не только из концентрата, но из богатой руды, которую можно рассматривать как перспективное сырье для производства огнеупоров и силуминов. По результатам этих исследований подана заявка на изобретение «Способ переработки кианитового концентрата» [5].

Полученный глиноземистый материал, несмотря на высокое содержание A_l2O₃ - 98 мас.%, и низкое - SiO₂ - 0.2 мас.%, не соответствует требованиям ГОСТа 30559-98 по химическому составу глинозема (SiO₂ должно быть не более 0.08 мас.%). Поэтому был осуществлен поиск новых методов получения более чистого алюминийсодержащего продукта [6].

В настоящее время остро стоит вопрос о создании безотходных технологий комплексной переработки минерального сырья и технических отходов. На основании чего наблюдается все большее развитие переработки минерального сырья фторидными методами с обязательным возвращением фторидов в голову процесса. Фторидная технология позволяет использовать для получения глинозема дешевые природные материалы: каолиновые глины, дистен-силлиманитовых породы и пр.

Задачей нашего исследования явилась проверка возможности применения элементов фторидной технологии для переработки кианитовой руды Кейвского месторождения с целью получения глинозема. Разработан метод освобождения кианитовой руды от излишков кремнезема при использовании гидродифторида аммония. Изучалась зависимость качества получаемого продукта от количества добавляемого гидродифторида аммония. Образцы, полученные из шихты с соотношением кианитовой руды к гидродифториду аммония 1:4, преимущественно состоят из α-Al₂O₃ (табл. 2).

Таблица 2 Химический состав полученных корундосодержащих продуктов после фторидной обработки кианитовой руды

Для освобождения от железистых соединений вибромолотую кианитовую руду предварительно обрабатывали 20% НСl, содержание оксида железа уменьшилось в 6 раз. Шихту из обезжелезенной кианитовой руды обрабатывали по описанной выше методике; в итоге получили
высокоглиноземистые материалы с низким содержанием Fe₂O₃ и TiO₂. При этом наблюдаются нежелательные потери Al₂O₃. Уменьшение количества этапов прокаливания обеспечило получение высокоглиноземистого продукта с выходом Al₂O₃ до 98.9%.

Метод фторидной обработки использовали для обогащения кианитового концентрата со следующим содержанием основных компонентов, мас.%: Al₂O₃ - 55.9; SiO2 - 40.84; K₂O - 0.08; Na₂O - 0.04; MgO - 0.12; Feобщ - 0.24; TiO₂ - 0.45. Лучшие результаты получаются при соотношении кианитовой руды и гидродифторида аммония 1:2.5, таким образом наблюдается явное уменьшение количества фторидной добавки.

Но возможно большое количество прочных структурных соединения и кристаллические формы компонентов кианитового концентрата препятствуют свободному проникновения фторидных соединений в структурные кристаллические пространства для разрушения их связей и более полного фторирования всех соединений кианитового концентрата. Так как при использовании для восстановления кианитового концентрата технологии фторидной обработки, опробованной ранее на обогащении кианитовой руды, был получен продукт с содержанием до 10% не прореагировавшего кианитового концентрата. Поэтому для более полного восстановления и получения более чистого продукта потребовалось продлить время прокаливания до 4 ч. При прокаливании в два этапа при температурах 250 и 800°С с выдержкой 4 ч при максимальной температуре шихты, из кианитового концентрата в соотношении с гидродифторидом аммония 1:2.5, был получен продукт с содержанием 98% Al₂O₃ и 0.7% не прореагировавшего кианитового концентрата. Для получения более чистого продукта необходимо более детально изучить зависимость газотранспортных реакций от параметров технологии (температуры, времени выдержки, состава шихты).

Разработка замкнутой технологической схема комплексной переработки небокситовых руд способна обеспечить высокую степень извлечения алюминия, кремния и других полезных компонентов, а также гарантировать экологическую безопасность окружающей среды.

Это даст возможность получения из кианитового концентрата и руды Кейвского месторождения прекурсоров для получения муллитовых, муллитокорундовых огнеупоров, силумина, абразивов, металлического алюминия и кремния различных форм.

ЛИТЕРАТУРА
1. Коровкин В.А., Турылева Л.В., Руденко Д.Г. и др. Недра северо-запада Российской Федерации - СПб.: Изд-во Санкт-Петербургской картографической фабрики ВСЕГЕИ, 2003. 500 с.
2. Бельков И.В., Истомин А.В., Матвеев Б.А. Теория и практика работы карьеров Заполярья. Апатиты: Изд-во КНЦ РАН СССР, 1974. С.4-18.
3. Кононов М.Е. Огнеупоры из минерального сырья Карело-Кольского региона. Апатиты: Изд-во КНЦ РАН, 1993. 175 с.

4. Гришин Н.Н., Иванова А.Г., Белогурова О.А. и др. Карботермическое восстановление кианита // Технология металлов. 2010. № 2. С.37-42.
5. Гришин Н.Н., Белогурова О.А, Иванова А.Г., Обогащение кианита путем карботермического восстановления // Новые огнеупоры: сырьевые материалы. 2010. №5. С.11-20.
6. Пат. 2489503 РФ, МПК C22B 5/10 (2006.01). Способ переработки кианитового концентрата / Гришин Н.Н., Иванова А.Г., Белогурова О.А.; Ин-т химии и технологии редких элементов и минер. сырья Кол. науч. центра РАН. - № 2012109300/02; заявл. 12.03.12; опубл. 10.08.13, Бюл. № 22.
7. Исследование процессов комплексной переработки небокситовых руд Дальневосточного региона России / В.С.Римкевич, Ю.Н.Маловицкий, Л.П.Демьянова, Ю.А.Воробьев, Р.В.Белов // Тихоокеанская геология. 2006. Т.25. №3. С.66-74.

Проблемы рационального использования природного и техногенного сырья Баренц-региона