Способ переработки углеродистого шлама, выводимого из системы электролитического получения алюминия

 

Изобретение относится к цветной металлургии, в частности к производству алюминия и глинозема, и может быть использовано при утилизации углеродистого шлама, выводимого из системы электролитического получения алюминия. Способ предназначен для переработки углеродистого шлама (хвосты флотации угольной пены, пыль и шламы газоочистки электролизного производства), содержащего в основном дисперсные частицы углерода, фтористые соединения, криолит, глинозем, влажностью до 40% с нейтрализацией фтористых соединений, цианидов, извлечением оксидов алюминия, щелочных металлов, полезным использованием углерода в технологическом процессе, улучшением экологического состояния окружающей среды. Углеродистый шлам, выводимый из системы электролитического получения алюминия, вводят в качестве компонента-добавки в сырьевую глинозем-соду-известняксодержащую шихту (пульпу) глиноземного производства и подвергают совместной термической обработке при температуре выше 1000°С в печи спекания с получением спекшейся массы - спека. В процессе спекания происходит выгорание углерода шлама, образование алюминатов натрия (калия), нейтрализация растворимых фторидов и цианидов. Полученный спек подвергают гидрохимической обработке по известным способам глиноземного производства для извлечения оксидов алюминия и щелочных металлов в виде глинозема, соды, поташа, обеспечивается улучшение экологического состояния окружающей среды, извлечение из сырья и углеродистого шлама около 90% содержащихся в них соединений алюминия, щелочных металлов. 1 з.п.ф-лы, 2 табл.

Изобретение относится к цветной металлургии, в частности к производству алюминия и глинозема, и может быть использовано при утилизации углеродистого шлама, выводимого из системы электролитического получения алюминия.

Углеродистый шлам, выводимый из системы электролитического получения алюминия (хвосты флотации угольной пены, пыль и шлам газоочистки электролизного производства), содержащий в основном дисперсные частицы углерода, пропитанные криолитом, глинозем, с влажностью до 40% является отходом электролизного производства. Количество этого шлама, накопленное предприятиями алюминиевой промышленности России на 1.01.99 г. составляет суммарно ~ 2,4 млн.тонн и ежегодно увеличивается на 150 тыс. тонн.

Известен способ переработки углеродистого шлама, в частности хвостов флотации угольной пены по авторскому свидетельству СССР N 1141083, кл. C 04 B 33/00, опубликованному 85.02.23, который предусматривает с целью снижения температуры обжига при одновременном повышении прочности стеновой керамики введение в сырьевую смесь для изготовления керамики дополнительно глины - 15-20% и хвостов флотации угольной пены - отхода алюминиевого производства - 8-10%.

Известно предложение Арлюка Б. И. "Усовершенствование процессов переработки алюминатно-щелочных нефелиновых спеков", М., 1978, стр. 13, 14, принятое за прототип, о введении в качестве интенсифицирующих процесс спекания добавок в шихту для спекания глиноземного производства, в частности пыли электрофильтров и шламов газоочистки электролизеров, содержащих фтор, углерод и пр. в количестве, соответствующем в пересчете на фтор ~ 0,25% массы шихты.

Недостатком этого предложения является то, что эти вещества рассматриваются только как носители фтора и углерода для интенсификации процесса спекания.

Технической задачей является обеспечение комплексной переработки углеродистого шлама, выводимого из системы электролитического получения алюминия с использованием углерода шлама в технологическом процессе, извлечением из шлама оксидов алюминия, щелочных металлов, нейтрализацией растворимых форм фторидов, цианидов; использование оставшихся после извлечения ценных компонентов и удаления (окисления) углерода остатков в производстве цемента, силикатного кирпича, дорожном строительстве; улучшение экологического состояния окружающей среды путем переработки углеродистого шлама в технологическом процессе производства глинозема с переделом спекания.

Технический результат достигается тем, что согласно способу углеродистый шлам с доизмельчением или без него, в виде пульпы или частично обезвоженный с крупностью частиц менее 1 мм, вводят в сырьевую глинозем-соду-известняксодержащую шихту в количестве до 10% (по сухой массе), которую затем направляют в печь спекания (например, вращающуюся) глиноземного производства. Доизмельчение углеродистого шлама возможно совместно с измельчением сырьевых материалов (известняк и т.п.) при приготовлении шихты для спекания.

В вышеупомянутую шихту с углеродистым шламом известняк вводят в количестве, обеспечивающем связывание фтора и кремния шихты в виде куспидина - CaF₂3CaO2SiO₂, двукальциевого силиката - 2CaOSiO₂, фторида кальция - CaF₂.

Содержание щелочи для образования алюмината и феррита натрия (калия) корректируют по составу шихты перед спеканием, обеспечивая молекулярное соотношение Углеродистый шлам, корректирующие состав пульпы добавки известняка и щелочи могут быть введены в нее в любом удобном по технологии месте перед спеканием.

При термообработке в печи спекания при температуре выше 1000^oС происходит взаимодействие компонентов шихты с образованием растворимого алюмината натрия, гидролизующегося феррита натрия, нерастворимых двухкальциевого силиката, фторида кальция, куспидина и других двойных, тройных соединений.

Углеродная составляющая шихты сгорает в печи, что обеспечивает снижение удельного расхода топлива, подаваемого в печь спекания на осуществление технологического процесса.

Под воздействием высоких температур происходит разложение (нейтрализация) цианидов с образованием азота, оксидов углерода и азота.

Полученную в печи спекания спекшуюся массу - спек - перерабатывают традиционными способами глиноземного производства с получением глинозема, содопродуктов, содощелочного раствора и твердого остатка - шлама.

Фтористые соединения, связанные в процессе спекания в нерастворимые формы, выводят в составе шлама, который в зависимости от состава направляют на производство цемента, силикатного кирпича (белитовый шлам), дорожное строительство.

Возможность осуществления способа проверена в лабораторных условиях; результаты исследований приведены в таблицах 1 и 2.

Как следует из таблицы 1, совместная переработка углеродистого шлама с сырьевой глиноземсодержащей шихтой глиноземного производства позволяет извлечь значительное количество оксидов алюминия и щелочных металлов из него одновременно с повышением общего извлечения этих компонентов из сырьевой глиноземсодержащей смеси. Из таблицы 2 следует, что ввод углеродистого шлама в сырьевую шихту приводит к снижению удельного выхода остатка после выщелачивания (шлама) по отношению к массе сухой шихты, уменьшая относительное количество отходов - остатка после выщелачивания.

Использование заявляемого способа позволит: - улучшить экологическое состояние окружающей среды в местах расположения предприятий алюминиевой промышленности путем связывания вредных растворимых форм фторидов в нерастворимые малоопасные формы, нейтрализации, разложения опасных цианидов на безопасные азот и оксиды азота и углерода, ликвидации (или значительного сокращения) шламовых полей, обеспечения практически малоотходной технологии производства алюминия; - извлечь из сырья и углеродистого шлама около 90% содержащихся в них соединений алюминия, щелочных металлов; - использовать в качестве энергоносителя и восстановителя содержащийся в углеродистом шламе углерод; - использовать твердый остаток после гидрохимической обработки спека-шлам в производстве цемента, силикатного кирпича, дорожном строительстве; - повысить экономическую эффективность производства глинозема и алюминия.

Формула изобретения

1. Способ переработки углеродистого шлама, выводимого из системы электролитического получения алюминия, содержащего частицы углерода, различные фтористые соединения, криолит, глинозем, с влажностью до 40%, включающий его смешение с глинозем-соду-известняксодержащей шихтой глиноземного производства и совместную термическую обработку, отличающийся тем, что углеродистый шлам вводят в глинозем-соду-известняксодержащую шихту глиноземного производства в виде пульпы или в частично обезвоженном состоянии в количестве 2 - 10% по сухой массе, при этом известняк в шихте дозируют на образование CaF₂, CaF₂ 3CaO 2SiO₂, 2CaO SiO₂.

2. Способ по п.1, отличающийся тем, что соду (в пересчете на Na₂O) дозируют в шихту из условия обеспечения молекулярного соотношения:

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2