Розділ іі. Проблеми використання червоного шламу в виробництві будматеріалів

Червоний шлам Миколаївського глиноземного заводу – цінна техногенна сировина

Наведені дані про хімічний і мінеральний склад червонного шламу – відходу виробництва Миколаївського глиноземного заводу. Показані на – прями найбільш доцільного його використання . Наголошується, що відсутність потужностей для зневоднення шламу унеможливлює його використання у низці галузей промисловості. В шламонакопичувачах Миколаївського глиноземного заводу (МГЗ) за – складовано 15-17 млн. т червоного шламу. В урядовому рішенні про будівництво МГЗ передбачалась повна його переробка з початком експлуатації заводу. Але це не було здійснене. Шламосховище

вже близьке до наповнення і проблема вторинного використання шламу стоїть гостро

Мається на увазі не тільки використання його цінних компонентів , але й зменшення техногенного тиску на довкілля. Метою цієї роботи є виявлення найбільш перспективних напрямків використання червонного шламу МГЗ Боксит, який переробляє МГЗ, складається з гідроксидів алюмінію (гібсит беміт, аморфні гідроксиди алюмінію) та заліза (гетит, алюмогетит, гематит, дисперсний гематит), другорядних і акцесорних мінералів (каолініт, кварц, циркон, рутил, анатаз, пірит, золотота ін.).

Технологічна схема переробки бокситу включає подрібнення його в кульових млинах у присутності концентрованого лужного розчину з додаванням гідроксиду кальцію у вигляді вапнякового молока. Одержану пульпу помпують на подальшу переробку. Вилуговування алюмінію з бокситу здійснюється в автоклавах з механічним перемішуванням. Пульпу після сепарації спрямовують до апаратів згущення і промивки, де алюмінатний розчин відділяється від шламу. Останній після шестиразового промивання потрапляє до шламосховища. До лужно-алюмінатного розчину алюміній потрапляє у вигляді розчину алюмінатів, але частина металлу з’єднується з розчиненим в лугах кремнеземом і створює нерозчинний у лугах гідроалюмосилікат натрію, який переходить до шламу. Мінерали титану, заліза і цирконію хімічно інертні в цих умовах і, відповідно, також потрапляють до шламу. Кальцит частково змінюється і переходить до алюмінатного розчину, або до шламу [3]. Залізовмісні мінерали бокситу представлені магнетитом, гетитом, дисперсним гетитом, гематитом, дисперсним гематитом, переважає гетитдисперсногематитова складова. В процесі одержання алюмінатного розчину оксиди заліза потрапляють до шламу. Подібно поводять себе рутил і анатаз. Галій і скандій, які входять до складу оксидів алюмінію, потрапляють, переважно, до алюмінатного розчину. Золото бокситу вільне, в процесі переробки потрапляє до червонного шламу, тому його вміст у відходах вищий у порівнянні з бокситом [1]. В залежності від якості бокситу і особливостей його переробки червоний шлам вміщує (мас.%): 40-55 Fe2O3, 14-18 Al2O3, 5-10 CaO, 5-10 SiO2, 4-6 TiO2, 2-4 Na2O. Вміст елементів-домішок наступний (г/т): 5 Cu, 10 Be, 50 B, 4 S, 0,2 Co, 30 Ga, 30 Sc, 20 La, 30 Ce, 20 Mo, 80 Y,20 Ni [6]. Щільність червонного шламу близько 2800 кг/м3. Гранулометричний склад і питома поверхня його залежать від чотирьох основних чинників : тонкості помелу бокситу; хімічного диспергування його часток у процесі автоклавного вилуговування; розміру часток, які б при цьому утворюються; агрегації часток шламу в

Процесі відмивання І згущення під впливом коагулянтів - флокулянтів . У практиці переробки більшості різновидів бокситу за способом Байєра його подрібнюють до крупності 60-80% фракції -0,063 мм , але можуть бути відхилення . Мінеральний склад різних гранулометричний фракцій шламу відрізняється . Фракція 100-250 мкм складається з кварцу, гематиту, кальциту; у фракції 50-100 мкм переважають гематит, алюмогетит, в якому 5-8% Fe Заміщено А l; у фракції 10-50 мкм присутні гематит, алюмогематит, алюмогетит, у якому 7-12% Fe заміщено А l, підвищується вміст гідрогранатів, а фракцію менше 10 мкм складають гідроалюмосилікати типу канкриніту, гідрогранат, вторинний карбонат, алюмогетит, у якому близько 25% Fe заміщено А l, дисперсний гематит, рутил. В процесі зберігання в шламі відбуваються зміни під впливом лужної технічної води (рН=11-13), а також діоксиду вуглецю і кисню повітря. Хімічні перетворення в шламі значно активізуються з ростом температури повітря, яка у літні місяці може досягати 50°С. Основні активні фази байєрівського шламу – гідросилікати кальцію ( нозеан і канкриніт ), які під впливом вуглекислого газу

через 1-3 роки розкладаються на гідрокарбоалюмінат кальцію і аморфний кремнезем.

На активність цього процессу впливає кількість кремнезему в гідросилікатах, який його уповільнює, і наявність ізоморфних домішок заліза і титану. При підвищеній температурі гідрокарбоалюмінат кальцію розкладається на карбонат кальцію і гідраргіліт. Алюмогетит і гематит у лежалому шламі практично не змінюються .

Гідроалюмосилікати натрію в умовах шламосховища під впливом розчиненого в технічній воді СаО піддаються низькотемпературній каустифікації . Механізм цього процессу, який полягає в обміні іонів натрію на іони кальцію, вивчений недостатньо .

Можна припустити, що гідроалюмосилікати натрію внаслідок іонного обміну Na на Ca можуть перетворюватись на гідросилікати кальцію типу гідрогранатів. Але експериментально це не було зафіксовано . Хімічний склад шламу з часом змінюється в бік зниження лужності і підвищення вмісту SiO2. Враховуючи особливості хімічного і

мінерального складу червонного шламу, його доцільно використовувати в чорній металургії, будівельній, скляній промисловості та сільському господарстві.

В будівельній промисловості червоний шлам можна застосовувати для виробництва цементу , будівельної кераміки ( цегла , керамічна плитка ), стінових матеріалів, при будівництві доріг , а в якості в ’яжучої домішки – в цементно - глинистих композиціях . При виготовлені з шламу кераміки у виробах утворюються пружні деформації , що обумовлює утворення тріщин . Добавка бентоніту дозволяє запобігати цього . Водопоглинання керамічних виробів , отриманих з суміші глини і шламу , помітно зменшується зі збільшенням вмісту глини в суміші і підвищенням температури обпалення. В цілому воно значно нижче у порівнянні з відповідним показником виробів з чистого шламу. Використання червонного шламу в складі керамічних масс методом напівсухого пресування виявилося недоцільним . Вивчення можливості використання шламу для виготовлення стінових матеріалів з керамічних масс , проведене на МГЗ , показало , що його максимальний вміст у суміші не повинен перевищувати 5-10%. Виробництво цегли з шламу останнім часом було реалізоване у Німеччині. Червоний шлам у кількості 10-50% змішують із глиною , пресують і обпалюють . Аналогічні роботи проведені в Угорщині . Температура випалу становить 950-1250° С . В шихті окрім шламу (51-90%), використовують добавки кварцового піску , вулканічних порід,, силікатного шламу , а також пластичної глини (7,5-15%). Червоний шлам використовується також у складі поглиначів для видалення сірки з промислових газів . У цьому випадку його змішують з алюмінатом натрію і піддають одержану суміш термообробці і помелу. Добавка червоного шламу до вихідної суміші сприяє покращенню якості цементу . У поточний час МГЗ відвантажує на цементні заводи 50-60 тис . т червоного шламу на рік , потенціальний об’єм поставок становить 400-450 тис. т на рік. Але у виробників цементу існують додаткові вимоги до складу шламу , пов'язані з обмеженням загального вмісту лугів і водорозчинних сполук. Крім того , Вміст Fe2О3 має перевищувати 50%. Конкретні нормативи на обмеження хімічного складу червоного шламу для цементної промисловості відсутні.