12 Труды университета
t = 0,87 ч и H = 4x = 0,25 м.
Данные схемы применяются для расчета районов 4-го и 3-го бандажей печи. С учетом сложной геомет- рии футеровки, для района 2-го бандажа используется следующая аппроксимация 3 исходного уравнения:
1, 1,
, 1
2
i k i k
i k
T T
T
. (6)
Температура на внешней поверхности вычисляет- ся по схеме (5).
Условие устойчивости в данном случае будет:
1 1/ 2
M при t = 0,83 ч и H = 4х = 0,2 м.
Результаты численного расчета по уравнениям (4-6) представлены на рис. 1, 2.
На рис. 1 показано распределение температуры по толщине футеровки при розжиге по 50-часовому гра- фику для различных моментов времени.
Рис. 1. Распределение температуры по толщине футеровки при розжиге по 50-часовому графику
Анализ показывает, что нецелесообразно поддер- живать постоянную температуру во второй ступени в течение 10 часов, так как с учетом наличия инерцион- ного периода футеруемого материала вполне доста-
точно 6 часов такого режима.
Расчет температурных полей футеровки при роз- жиге по 18-часовому графику показан на рис. 2, на котором приводится температурное поле 3-го бандажа для различных временных интервалов.
Анализ этих температурных полей показывает не- которую закономерность в распределении температур.
Наблюдается совпадение температурных полей для некоторых моментов времени, хотя в этих районах используется различная толщина футеровки (0,25 м и 0,2 м). Расхождение температурных полей незначи- тельное. Увеличение градиента температуры наблю- дается лишь между 3 и 4 кривыми, что вызывает уменьшение сжимающих усилий и небольшое увели- чение растягивающих.
Рис. 2. Распределение температуры по толщине футеровки при розжиге по 18-часовому графику Полученные результаты показывают о возможно- сти облегчения конструкции печей за счет увеличения протяженности зоны, футеруемой кирпичом № 13-14 и, соответственно, уменьшение зоны, футеруемой более тяжелым кирпичом № 1–2.
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ 1. Тепловая изоляция: Справочник по спец. работам. М.: Стройиздат, 1964.
2. Юшков П.П. Труды Института энергетики. Вып. 6. М., 1968.
3. Рихтмайер Р.Д. Разностные методы решения краевых задач. М.: Изд-во ИЛ, 1960.
УДК 661.836
Б.К. БАЛБЕКОВА
Гидрометаллургическое извлечение редкоземельных элементов из нового типа редкометального сырья
ырьевая база редких элементов основывается на двух типах руд: собственно редкометальных рудах и рудах, из которых редкие элементы извлекаются попутно с основными полезными компонентами. Ме- сторождения с большим суммарным содержанием редкоземельных элементов встречаются редко, а ос- новная масса существующих месторождений по со- держанию РЗЭ не превышают 0,1–2%. В связи с этим, значительным резервом для расширения сырьевой базы редких и редкоземельных элементов Республики
Казахстан является технологическое освоение новых типов редкометального сырья, которые характеризу- ются низким содержанием полезных компонентов, тонкой вкрапленностью и хрупкостью рудных мине- ралов, сложным и неустойчивым минеральным соста- вом руд.
Применительно к новым типам редкометального сырья и бедным тонковкрапленным рудам большое значение приобретает прямой металлургический пе- редел. Однако, по мнению авторов [1], более перспек-
С
Раздел «Машиностроение. Металлургия»
1 2002 13
тивными для такого типа руд представляются такие методы гидрометаллургического передела, как ионо- обменное вытеснение и кислотное декатионирование, основанные на ионообменной способности ряда алюмосиликатов.
Вскрытие бедных редкометальных типов сырья традиционными пиро- и гидрометаллургическими спо- собами извлечения редких элементов является нерента- бельным, поэтому термодинамически наиболее выгод- ным является извлечение редких элементов из минера- лов-носителей без разрушения кристаллической струк- туры. Этому требованию удовлетворяют методы ионо- обменного вытеснения и кислотного декатионирова- ния. Особым достоинством этих методов является воз- можность получения побочного полезного продукта в виде остова исходного минерала [2].
Для алюмосиликатов характерна значительная кислотостойкость, поэтому под действием разбавлен- ных растворов кислот они подвергаются декатиониро- ванию с сохранением основного мотива кристалличе- ской структуры исходного материала. Весь процесс позволяет выявить две стадии для алюмосиликатов:
ионный обмен и деалюминирование [3], которые схе- матично можно представить в следующем виде:
I Ионный обмен
М+х[(AlO2)–х·(SiO2) n–х]х– + х · (Н2О + Н+) исходный минерал
(Н3О)+х · [(AlO2)х·(SiO2)n–х]х– + х · M+ водородная форма
↓
[(AlOOH) ºх · (SiO2)n–х]º + Н2О;
гидроксильная форма II Деалюминирование
[(AlOOH)ºх · (SiO2)n–х]º + 3х · H+ гидроксильная форма
[(H4O2)х · (SiO2)n–х]º + x · Al3+
деалюминированная форма (n – x) · (SiO2) · 2x · H2O.
силикагель
Промежуточными продуктами кислотной обработ- ки ионообменных силикатов могут быть в разной сте- пени декатионированные формы исходных материалов.
Конечным продуктом кислотной обработки является высококремнистая рентгеноаморфная матрица.
В последнее время в некоторых регионах Казах- стана отмечены повышенные концентрации редких элементов (от 0,01 до 3% ) в осадочных породах и корах выветривания. Эти источники представляют собой новый генетический тип месторождений РЗЭ.
Объектом исследования явилась Кундыбайская редкоземельная руда, минералогический состав кото- рой сложен и представлен на 80% каолином, загряз- ненным гидрослюдами, биотитом, мусковитом, лимо- нитом, гематитом и другими железосодержащими минералами. Собственные минералы редкоземельных элементов в руде представлены в основном фосфата- ми — ксенотимом, черчитом, водными гидрофосфа- тами редкоземельных элементов и др.
Весьма тонкое прорастание и аккумуляция РЗЭ на пустой породе обуславливает трудности традицион- ных способов переработки. Наиболее выгодным для такого типа сырья является извлечение РЗЭ из мине-
ралов-носителей без разрушения кристаллической структуры последних (кислотное декатионирование).
Этому требованию отвечает обработка руды разбав- ленными минеральными кислотами при невысоких температурах. Преимуществом такой переработки является низкий расход реагентов, упрощение даль- нейшей переработки кеков и растворов, возможность получения побочного полезного продукта в виде осто- ва исходного минерала.
Исследования проводились по методике вероят- ностно-детерминированного планирования экспери- мента. Изучено влияние на процесс кислотной (серной, азотной) обработки сырой руды температуры, продол- жительности процесса, концентрации кислоты, отно- шения жидкого к твердому. Получены математические модели и определены оптимальные условия процессов избирательного извлечения РЗЭ по каждой кислоте.
Выявлено, что более предпочтительна азотнокислая обработка сырья, чем сернокислотная, т.к. в оптималь- ных условиях в первом случае извлечение в раствор суммы РЗЭ на 20–25% больше, чем во втором случае.
Для выяснения изменения структуры минералов исходного сырья после взаимодействия их с азотной и серной кислотами были получены данные дифферен- циально-термического анализа и электронной микро- скопии. Кривая ДТА (рис. 1), снятая для кеков, полу- ченных в оптимальных условиях кислотного процесса, имеет два эффекта: эндотермический в области 540-560°С и экзотермический при 940–970°С. Такие области расположения температурных эффектов близ- ки к областям нахождения эффектов, соответствую- щих каолиниту, которым представлена сырая исход- ная руда на 80%. Появление эндоэффекта в интервале 100–140°С связано с общей потерей воды, не входя- щей в структуру каолинита. Такую же кривую ДТА получили для сырой исходной руды.
Рис. 1. Кривая ДТА
Полная идентичность исходного сырья и кеков позволяют сказать, что процессы сернокислотной и азотнокислой обработки руды протекают, по- видимому, без разрушения кристаллической структу- ры основного минерала–каолина.
На электронных микрофотографиях, полученных с помощью электронного микроскопа, представлены исходная руда и кеки после кислотных процессов.
Обработку сырья в обоих случаях проводили в усло- виях, принятых за оптимальные (с учетом избиратель- ного извлечения суммы РЗЭ). На рисунках 2 и 3 четко
1
14 Труды университета 2
Рис. 2. Электронные микрофотографии исходной руды:
1 — электронно-микроскопическая, 12 тыс, эмульсия;
2 — микродифракция
фиксируется уменьшение размеров рудных частиц.
Микродифракция исходного сырья и кека после сер- нокислотной обработки (рис. 2, 4) показывает полную идентичность основного минерала Кундыбайской руды — каолина, что также, как и в случае ДТА, ука- зывает на то, что под действием растворов кислот его структура не меняется.
1 2
Рис. 3. Кеки кислотной обработки: 1 — азотнокислая;
2 — сернокислотная (электронно-микроскопические фотографии, 12 тыс, эмульсии)
Таким образом, результаты проведенных исследо- ваний позволяют предположить, что наиболее пер-
спективно для новых типов минерального сырья при- менение такого гидрометаллургического способа пе- реработки, как кислотное декатионирование, которое
1
2
Рис. 4. Кек сернокислотной обработки: 1 — электрон- но-микроскопическая, х12 тыс, эмульсия; 2 — микро- дифракция каолина
требует проведения дополнительных исследований в данном направлении.
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
1. Челищев Н.Ф. Современное состояние технологии и перспективы освоения новых сырьевых источников литофильных редких элементов // Технологические проблемы комплексного использования редкометального сырья. М.: ИМГРЭ, 1978.
С. 3–17.
2. Челищев Н.Ф., Марьина Н.А. Ионный обмен редких земель на пирохлоре в надкритических условиях. – Докл. АН СССР.
Т. 196, 1971, № 3, С. 683–688.
3. Челищев Н.Ф. Продукты кислотного декатионирования силикатных минералов. Известия АН СССР, Неорганические минералы. Т. 16, №7, 1980, С. 1251–1254.
УДК 622.7 Н.К. ОМАРОВА В.В. МАРТЫНЕНКО
Испытание большеобъемной флотомашины со струйно-эжекторным аэратором
азвитие флотации неразрывно связано с совер- шенствованием конструкции флотационных ап- паратов. Анализ работ новых машин показывает, что их конструирование идет по пути повышения мощно- сти, уменьшения энергозатрат, упрощения устройства, повышения его мобильности, оптимизации процесса диспергирования системы.
Решение этих задач наиболее перспективно и свя- зано с созданием пневматических машин колонного типа, которые в последнее время получили распростра- нение как в странах СНГ, так и за рубежом. Флотаци- онные колонны испытаны при флотации руд [1,2,3], угля [1] и минерального сырья [4] и внедрены более чем на 50 фабриках мира [5]. Изменение в применении флотомашин различных конструкций за последние десятилетия характеризовались переходом с механиче- ских на большеобъемные пневмомеханические (16,25,40,80 м3) и пневматические колонного типа.
Целью работы явилось установление технических и технологических возможностей большеобъемной флотомашины типа ФП-40-СЭ при обогащении мед- ных сульфидных руд Жезказгана.
В состав машины ФП-40-СЭ (рис. 1) входит кор- пус (1), состоящий из трех основных частей (нижняя, средняя, верхняя). Корпус машины круглого сечения, диаметром 3000 мм, имеет вместимость 40м3, разгру- зочный и эжекционный карман. Питатель (2) пред- ставляет собой сварную конструкцию, к которому тангециально вварен патрубок, через который осу- ществляется подвод исходного питания к машине.
Питатель устанавливается на площадке обслуживания машины. Насадка (3) представляет собой фланец со вставкой. Вставка выполнена из каменного литья. Ре-
