RU2675916C1 - Способ переработки фторкремнийсодержащих отходов производства алюминия - Google Patents
Способ переработки фторкремнийсодержащих отходов производства алюминия Download PDFInfo
- Publication number
- RU2675916C1 RU2675916C1 RU2017143425A RU2017143425A RU2675916C1 RU 2675916 C1 RU2675916 C1 RU 2675916C1 RU 2017143425 A RU2017143425 A RU 2017143425A RU 2017143425 A RU2017143425 A RU 2017143425A RU 2675916 C1 RU2675916 C1 RU 2675916C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- solution
- aluminum
- sodium
- fluorine
- cryolite
- Prior art date
Links
- 229910052782 aluminium Inorganic materials 0.000 title claims abstract description 34
- XAGFODPZIPBFFR-UHFFFAOYSA-N aluminium Chemical compound [Al] XAGFODPZIPBFFR-UHFFFAOYSA-N 0.000 title claims abstract description 34
- 238000012545 processing Methods 0.000 title claims abstract description 29
- 238000000034 method Methods 0.000 title claims abstract description 28
- 239000002699 waste material Substances 0.000 title claims abstract description 26
- XUIMIQQOPSSXEZ-UHFFFAOYSA-N Silicon Chemical compound [Si] XUIMIQQOPSSXEZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 title claims abstract description 20
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 title claims abstract description 20
- 229910052710 silicon Inorganic materials 0.000 title claims abstract description 20
- 239000010703 silicon Substances 0.000 title claims abstract description 20
- KRHYYFGTRYWZRS-UHFFFAOYSA-M Fluoride anion Chemical compound [F-] KRHYYFGTRYWZRS-UHFFFAOYSA-M 0.000 title description 3
- CDBYLPFSWZWCQE-UHFFFAOYSA-L Sodium Carbonate Chemical compound [Na+].[Na+].[O-]C([O-])=O CDBYLPFSWZWCQE-UHFFFAOYSA-L 0.000 claims abstract description 22
- 229910001610 cryolite Inorganic materials 0.000 claims abstract description 22
- 239000011737 fluorine Substances 0.000 claims abstract description 22
- 229910052731 fluorine Inorganic materials 0.000 claims abstract description 22
- YCKRFDGAMUMZLT-UHFFFAOYSA-N Fluorine atom Chemical compound [F] YCKRFDGAMUMZLT-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 20
- 239000011734 sodium Substances 0.000 claims abstract description 20
- PUZPDOWCWNUUKD-UHFFFAOYSA-M sodium fluoride Chemical compound [F-].[Na+] PUZPDOWCWNUUKD-UHFFFAOYSA-M 0.000 claims abstract description 19
- 238000002386 leaching Methods 0.000 claims abstract description 18
- DGAQECJNVWCQMB-PUAWFVPOSA-M Ilexoside XXIX Chemical compound C[C@@H]1CC[C@@]2(CC[C@@]3(C(=CC[C@H]4[C@]3(CC[C@@H]5[C@@]4(CC[C@@H](C5(C)C)OS(=O)(=O)[O-])C)C)[C@@H]2[C@]1(C)O)C)C(=O)O[C@H]6[C@@H]([C@H]([C@@H]([C@H](O6)CO)O)O)O.[Na+] DGAQECJNVWCQMB-PUAWFVPOSA-M 0.000 claims abstract description 13
- VYPSYNLAJGMNEJ-UHFFFAOYSA-N Silicium dioxide Chemical compound O=[Si]=O VYPSYNLAJGMNEJ-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 13
- 229910052708 sodium Inorganic materials 0.000 claims abstract description 13
- 229910000029 sodium carbonate Inorganic materials 0.000 claims abstract description 11
- 235000013024 sodium fluoride Nutrition 0.000 claims abstract description 9
- 239000011775 sodium fluoride Substances 0.000 claims abstract description 9
- 238000000926 separation method Methods 0.000 claims abstract description 7
- 238000000227 grinding Methods 0.000 claims abstract description 4
- 238000001556 precipitation Methods 0.000 claims abstract description 4
- FAPWRFPIFSIZLT-UHFFFAOYSA-M Sodium chloride Chemical compound [Na+].[Cl-] FAPWRFPIFSIZLT-UHFFFAOYSA-M 0.000 claims description 4
- ZHPNWZCWUUJAJC-UHFFFAOYSA-N fluorosilicon Chemical compound [Si]F ZHPNWZCWUUJAJC-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 4
- 239000000377 silicon dioxide Substances 0.000 claims description 4
- 239000007790 solid phase Substances 0.000 claims description 4
- 239000007791 liquid phase Substances 0.000 claims description 3
- BVKZGUZCCUSVTD-UHFFFAOYSA-M Bicarbonate Chemical compound OC([O-])=O BVKZGUZCCUSVTD-UHFFFAOYSA-M 0.000 claims description 2
- 239000012071 phase Substances 0.000 claims description 2
- 210000002837 heart atrium Anatomy 0.000 claims 1
- 239000000243 solution Substances 0.000 abstract description 61
- UIIMBOGNXHQVGW-UHFFFAOYSA-M Sodium bicarbonate Chemical compound [Na+].OC([O-])=O UIIMBOGNXHQVGW-UHFFFAOYSA-M 0.000 abstract description 26
- 235000017557 sodium bicarbonate Nutrition 0.000 abstract description 13
- 229910000030 sodium bicarbonate Inorganic materials 0.000 abstract description 13
- 150000002222 fluorine compounds Chemical class 0.000 abstract description 4
- 238000005868 electrolysis reaction Methods 0.000 abstract description 3
- 238000005191 phase separation Methods 0.000 abstract description 3
- 229910052814 silicon oxide Inorganic materials 0.000 abstract description 3
- 239000007787 solid Substances 0.000 abstract description 3
- 238000009856 non-ferrous metallurgy Methods 0.000 abstract description 2
- 239000007788 liquid Substances 0.000 abstract 1
- 238000005272 metallurgy Methods 0.000 abstract 1
- 239000012266 salt solution Substances 0.000 abstract 1
- 239000000126 substance Substances 0.000 abstract 1
- 239000000047 product Substances 0.000 description 14
- OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N Carbon Chemical group [C] OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 13
- 239000000203 mixture Substances 0.000 description 11
- 229910052799 carbon Inorganic materials 0.000 description 9
- XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N water Substances O XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 7
- XEEYBQQBJWHFJM-UHFFFAOYSA-N Iron Chemical compound [Fe] XEEYBQQBJWHFJM-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 6
- HEMHJVSKTPXQMS-UHFFFAOYSA-M Sodium hydroxide Chemical compound [OH-].[Na+] HEMHJVSKTPXQMS-UHFFFAOYSA-M 0.000 description 6
- 239000003792 electrolyte Substances 0.000 description 6
- 150000004673 fluoride salts Chemical class 0.000 description 6
- 239000003513 alkali Substances 0.000 description 5
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 description 5
- 238000005755 formation reaction Methods 0.000 description 5
- 239000007789 gas Substances 0.000 description 5
- 239000002244 precipitate Substances 0.000 description 5
- 229910004298 SiO 2 Inorganic materials 0.000 description 4
- 230000002378 acidificating effect Effects 0.000 description 4
- 230000015572 biosynthetic process Effects 0.000 description 4
- 239000003518 caustics Substances 0.000 description 4
- 238000000746 purification Methods 0.000 description 4
- 229910018072 Al 2 O 3 Inorganic materials 0.000 description 3
- MUBZPKHOEPUJKR-UHFFFAOYSA-N Oxalic acid Chemical compound OC(=O)C(O)=O MUBZPKHOEPUJKR-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 3
- 239000011449 brick Substances 0.000 description 3
- 238000013461 design Methods 0.000 description 3
- 238000001914 filtration Methods 0.000 description 3
- 230000007246 mechanism Effects 0.000 description 3
- 238000006386 neutralization reaction Methods 0.000 description 3
- 238000003860 storage Methods 0.000 description 3
- IRPGOXJVTQTAAN-UHFFFAOYSA-N 2,2,3,3,3-pentafluoropropanal Chemical group FC(F)(F)C(F)(F)C=O IRPGOXJVTQTAAN-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- KLZUFWVZNOTSEM-UHFFFAOYSA-K Aluminum fluoride Inorganic materials F[Al](F)F KLZUFWVZNOTSEM-UHFFFAOYSA-K 0.000 description 2
- 239000012670 alkaline solution Substances 0.000 description 2
- ANBBXQWFNXMHLD-UHFFFAOYSA-N aluminum;sodium;oxygen(2-) Chemical compound [O-2].[O-2].[Na+].[Al+3] ANBBXQWFNXMHLD-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- QVGXLLKOCUKJST-UHFFFAOYSA-N atomic oxygen Chemical compound [O] QVGXLLKOCUKJST-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 239000011575 calcium Substances 0.000 description 2
- 238000006243 chemical reaction Methods 0.000 description 2
- 239000003153 chemical reaction reagent Substances 0.000 description 2
- 230000006378 damage Effects 0.000 description 2
- 230000007613 environmental effect Effects 0.000 description 2
- NBVXSUQYWXRMNV-UHFFFAOYSA-N fluoromethane Chemical compound FC NBVXSUQYWXRMNV-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 239000012535 impurity Substances 0.000 description 2
- 229910052742 iron Inorganic materials 0.000 description 2
- 239000011777 magnesium Substances 0.000 description 2
- 239000000463 material Substances 0.000 description 2
- 150000007524 organic acids Chemical class 0.000 description 2
- 229910052760 oxygen Inorganic materials 0.000 description 2
- 239000001301 oxygen Substances 0.000 description 2
- 239000002245 particle Substances 0.000 description 2
- 150000003377 silicon compounds Chemical class 0.000 description 2
- 229910001388 sodium aluminate Inorganic materials 0.000 description 2
- 230000007704 transition Effects 0.000 description 2
- 229910016569 AlF 3 Inorganic materials 0.000 description 1
- OYPRJOBELJOOCE-UHFFFAOYSA-N Calcium Chemical compound [Ca] OYPRJOBELJOOCE-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229910001018 Cast iron Inorganic materials 0.000 description 1
- FYYHWMGAXLPEAU-UHFFFAOYSA-N Magnesium Chemical compound [Mg] FYYHWMGAXLPEAU-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- UIIMBOGNXHQVGW-DEQYMQKBSA-M Sodium bicarbonate-14C Chemical compound [Na+].O[14C]([O-])=O UIIMBOGNXHQVGW-DEQYMQKBSA-M 0.000 description 1
- 229910000831 Steel Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000012445 acidic reagent Substances 0.000 description 1
- 239000003929 acidic solution Substances 0.000 description 1
- 239000007864 aqueous solution Substances 0.000 description 1
- 229910052791 calcium Inorganic materials 0.000 description 1
- 150000001721 carbon Chemical class 0.000 description 1
- 150000001722 carbon compounds Chemical class 0.000 description 1
- 239000003575 carbonaceous material Substances 0.000 description 1
- 239000003795 chemical substances by application Substances 0.000 description 1
- 238000004140 cleaning Methods 0.000 description 1
- 238000010835 comparative analysis Methods 0.000 description 1
- 230000007423 decrease Effects 0.000 description 1
- 230000007547 defect Effects 0.000 description 1
- 230000008021 deposition Effects 0.000 description 1
- 238000011161 development Methods 0.000 description 1
- 238000009792 diffusion process Methods 0.000 description 1
- 238000004090 dissolution Methods 0.000 description 1
- 239000012153 distilled water Substances 0.000 description 1
- 238000001035 drying Methods 0.000 description 1
- 239000000428 dust Substances 0.000 description 1
- 238000010304 firing Methods 0.000 description 1
- 239000002920 hazardous waste Substances 0.000 description 1
- 229910052749 magnesium Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000000155 melt Substances 0.000 description 1
- 229910001512 metal fluoride Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000012452 mother liquor Substances 0.000 description 1
- 235000006408 oxalic acid Nutrition 0.000 description 1
- 230000002093 peripheral effect Effects 0.000 description 1
- 239000011148 porous material Substances 0.000 description 1
- 238000002203 pretreatment Methods 0.000 description 1
- 102000004169 proteins and genes Human genes 0.000 description 1
- 108090000623 proteins and genes Proteins 0.000 description 1
- 238000011160 research Methods 0.000 description 1
- 150000003839 salts Chemical class 0.000 description 1
- 229920006395 saturated elastomer Polymers 0.000 description 1
- 239000011780 sodium chloride Substances 0.000 description 1
- 238000001179 sorption measurement Methods 0.000 description 1
- 239000010959 steel Substances 0.000 description 1
- 238000012360 testing method Methods 0.000 description 1
- 231100000167 toxic agent Toxicity 0.000 description 1
- 238000012546 transfer Methods 0.000 description 1
- 238000005406 washing Methods 0.000 description 1
Classifications
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C01—INORGANIC CHEMISTRY
- C01F—COMPOUNDS OF THE METALS BERYLLIUM, MAGNESIUM, ALUMINIUM, CALCIUM, STRONTIUM, BARIUM, RADIUM, THORIUM, OR OF THE RARE-EARTH METALS
- C01F7/00—Compounds of aluminium
- C01F7/48—Halides, with or without other cations besides aluminium
- C01F7/50—Fluorides
- C01F7/54—Double compounds containing both aluminium and alkali metals or alkaline-earth metals
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C22—METALLURGY; FERROUS OR NON-FERROUS ALLOYS; TREATMENT OF ALLOYS OR NON-FERROUS METALS
- C22B—PRODUCTION AND REFINING OF METALS; PRETREATMENT OF RAW MATERIALS
- C22B7/00—Working up raw materials other than ores, e.g. scrap, to produce non-ferrous metals and compounds thereof; Methods of a general interest or applied to the winning of more than two metals
- C22B7/006—Wet processes
-
- Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
- Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
- Y02P—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES IN THE PRODUCTION OR PROCESSING OF GOODS
- Y02P10/00—Technologies related to metal processing
- Y02P10/20—Recycling
Landscapes
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Organic Chemistry (AREA)
- Geology (AREA)
- Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Manufacturing & Machinery (AREA)
- General Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
- Materials Engineering (AREA)
- Mechanical Engineering (AREA)
- Metallurgy (AREA)
- Environmental & Geological Engineering (AREA)
- Inorganic Chemistry (AREA)
- Processing Of Solid Wastes (AREA)
- Electrolytic Production Of Metals (AREA)
Abstract
Изобретение относится к цветной металлургии, в частности к переработке отработанной футеровки электролизеров для получения алюминия с целью извлечения соединений фтора, возврата их в основное производство и иного использования. Способ включает измельчение, выщелачивание, разделение жидкой и твердой фазы пульпы, обработку раствора с выделением фторсодержащего продукта. В способе обрабатывают отходы капитального ремонта теплоизоляционной части алюминиевого электролизера, содержащие фтор, алюминий, натрий и кремний. Выщелачивание осуществляют солевым раствором, содержащим карбонат натрия в количестве не более 5,0 г/дм, при молярном отношении фторида натрия к бикарбонату натрия на уровне 1,4-1,5÷1 с последующим разделением фаз и осаждением из раствора криолита с содержанием оксида кремния не более 0,9 мас.%. Обеспечивается получение криолита с пониженным содержанием кремния, отвечающего требованиям алюминиевой промышленности. 2 табл., 1 пр.
Description
Изобретение относится к цветной металлургии, в частности к переработке отработанной футеровки электролизеров для получения алюминия с целью извлечения соединений фтора, возврата их в основное производство и иного использования. При использовании современных конструкций электролизеров для получения алюминия и «сухой» адсорбционной газоочистки основным видом отходов являются материалы капитального ремонта электролизеров, так называемая отработанная футеровка [ОФ]. При хранении на полигонах она может взаимодействовать с водой и воздухом с образованием токсичных соединений и щелочных фторсодержащих растворов. В то же время в связи с содержанием фторидов, соединений алюминия, натрия и углерода она может перерабатываться с полной утилизацией ценных компонентов и надежным обезвреживанием. За рубежом ОФ частично перерабатывается, в России частично утилизируется в черной металлургии, но, в основном, складируется на специально оборудованных полигонах.
Отработанную футеровку принято разделять на две части - углеродную и теплоизоляционную (огнеупорную). Способы переработки углеродной части, содержащей незначительное количество кремния, достаточно хорошо разработаны и используются в производстве. Теплоизоляционная чапсть содержит значительное количество кремния и ее переработка способами, аналогичными для углеродной части приведет к получению продуктов с высоким содержанием кремния, что неприемлемо для алюминиевой промышленности (согласно ГОСТ 10561-80 содержание SiO2 в криолите не должно превышать 0,9%). При демонтаже алюминиевого электролизера для капитального ремонта, наряду с углеродной частью, образуется смесь теплоизоляционных отходов следующего состава мас. %: С - 1-5; F - 8-12; Al - 12-16; Na - 7-10; Са - 0,5-1,0; Si - 16-20; Mg - 0,5-1,0; Fe - 1,0-2,0; прочие - 35-45. Прочие это в основном, кислород в виде Al2O3, SiO2. Способов переработки отходов такого состава с получением фторсодержащей продукции пригодной для использования при производстве алюминия до настоящего времени не разработано.
Важной задачей является переработка данного вида отходов для извлечения и использования содержащихся в них ценных компонентов. Такая переработка повышает технико-экономическую эффективность электролитического производства алюминия, снижает расходы на складирование и хранение отходов, снижает техногенную нагрузку на окружающую среду, улучшает экологическую обстановку.
Известен способ утилизации отработанной футеровки электролизеров (US №4889695, МПК C01F 7/50, С01В 7/19, 1985 г.) заключающийся в извлечении и возвращении в цикл ценных компонентов, таких как фториды металлов, щелочь и углерод. Процесс состоит из нескольких стадий. Отработанную футеровку измельчают до размера частиц 100 мкм, затем выщелачивают раствором гидроксида натрия (14 г/л) до образования обогащенного фторидом алюминия щелочного раствора и твердого остатка, содержащего углерод. С целью более полного удаления фторидов углесодержащий остаток обрабатывают нагретым до 105°С раствором Al(SO4)3 и H2SO4 (соотношение последних от 0,75 до 1,0). Полученный кислый фтористый раствор отделяют от частиц углерода фильтрованием. Затем раствор перерабатывают в несколько стадий с выделением AlF3 и NaOH. Недостатком способа является, то что процесс выщелачивания ведут в две стадии с использованием реагентов как щелочной, так и кислотной природы. Это усложняет аппаратурное оформление процесса, вызывает дополнительный расход реагентов, увеличивает объемы маточного раствора и промывных вод, подвергаемых затем утилизации и обезвреживанию. Кроме того, процесс не пригоден для переработки отходов с большим содержанием кремния, так как последний растворяется в кислых и щелочных растворах и затем переходит в продукт.
За прототип принят способ переработки фторуглеродсодержащих отходов электролитического производства алюминия (RU №2429198, МПК C01F 7/54 С22В 7, опубликовано 20.09.2011 г.) Твердые фторуглеродсодержащие отходы обрабатывают водным раствором каустической щелочи с концентрацией 25-35 г/дм3 при температуре 60-90°С, разделяют продукт на осадок и раствор с последующей подачей раствора в производство фтористых солей. Осадок после выщелачивания обрабатывают водным 1,0-1,5% раствором органической кислоты при температуре 60-80°С, разделяют продукт на осадок и раствор. Раствор подают в производство фтористых солей, а углеродистый осадок направляют на производство углеродсодержащей продукции. При обработке отходов раствором каустической щелочи, предпочтительно, поддерживают соотношение Ж:Т равным 10:1, а в качестве органической кислоты может быть использована щавелевая кислота. Данное изобретение позволяет извлечь из отходов ценные компоненты, максимальное количество фтора и алюминия, а также получить наиболее обесфторенный углеродный материал.
Основным недостатком способа является невозможность его применения для переработки отходов содержащих большое количество кремния. Кроме того, способ является сложным в аппаратурном оформлении, используются реагенты щелочной и кислой природы, способ характеризуется высокими энергетическими затратами.
Задачей предлагаемого технического решения является повышение технико-экономических показателей переработки отработанной футеровки, повышение потребительских свойств получаемого продукта, вовлечение в переработку отходов с высоким содержанием кремния.
Техническим результатом является получение криолита с пониженным содержанием кремния, отвечающего требованиям алюминиевой промышленности.
Технический результат достигаются тем, что способ переработки отработанной теплоизоляционной футеровки алюминиевого электролизера, включающий измельчение футеровки, выщелачивание, разделение жидкой и твердой фаз пульпы, обработку раствора с выделением фтористого продукта, согласно изобретению, обрабатываются отходы капитального ремонта теплоизоляционной части алюминиевого электролизера, содержащие фтор, алюминий, натрий и кремний, выщелачивание осуществляется солевым раствором, содержащим карбонат натрия в количестве не более 5,0 г/дм3, при молярном отношении фторида натрия к бикарбонату натрия на уровне 1,4-1,5÷1 с последующим разделением фаз и осаждением из раствора криолита с содержанием оксида кремния не более 0,9%.
Известное решение и предлагаемое характеризуется сходными общими признаками:
- способ переработки отработанной футеровки электролизера для получения алюминия с получением фторсодержащего продукта;
- выщелачивание отходов солевыми растворами;
- разделение продуктов на раствор и осадок;
фторсодержащие растворы используются для производства фтористых солей;
Предлагаемое решение так же характеризуется признаками, отличительными от признаков, характеризующих решение по ближайшему аналогу:
- обрабатываются фторсодержащие отходы алюминиевого производства, содержащие наряду с фтором, алюминием, натрием большое количество кремния;
- выщелачивание осуществляется растворами содержащими карбонат и бикарбонат натрия;
- выщелачивание осуществляется в одну стадию без применения кислых агентов;
Наличие в предлагаемом решении признаков, отличительных от признаков, характеризующих решение, принятое в качестве прототипа, позволяет сделать вывод о соответствии предлагаемого технического решения условию патентоспособности «новизна».
Сравнение предлагаемого технического решения с другими известными решениями в данной области, показывает следующее.
Не выявлено в результате поиска и сравнительного анализа технических решений, характеризующихся аналогичной с предлагаемым решением совокупностью признаков, обеспечивающих при использовании достижение аналогичных результатов, что позволяет сделать вывод о соответствии предлагаемого технического решения условию патентоспособности «изобретательский уровень».
Техническая сущность предлагаемого решения заключается в следующем:
Отработанная футеровка электролизеров для получения алюминия относится к опасным отходам, требующим обезвреживания перед хранением в отвалах. В то же время отработанная футеровка содержит основной полезный компонент - фтор, в связи с чем представляет интерес для переработки с целью извлечения ценных компонентов, сокращения мест хранения, улучшения экологической обстановки.
Технический результат достигается тем, что в способе переработки фторкремнийсодержащих отходов алюминиевого производства, включающий измельчение, выщелачивание, разделение жидкой и твердой фазы пульпы, обработку раствора с выделением фторсодержащего продукта, при том, что обрабатываются отходы капитального ремонта теплоизоляционной части алюминиевого электролизера, содержащие фтор, алюминий, натрий и кремний, выщелачивание осуществляется солевым раствором, содержащим карбонат натрия в количестве не более 5,0 г/дм3, при молярном отношении фторида натрия к бикарбонату натрия на уровне
1,4-1,5÷1 с последующим разделением фаз и осаждением из раствора криолита с содержанием оксида кремния не более 0,9 мас. %.
Отработанная футеровка состоит из двух частей: углеродной (так называемый первый срез) и теплоизоляционной (второй срез). Обе части футеровки в процессе эксплуатации пропитываются фтористыми солями. Углеродная часть содержит мало кремния и, в значительной степени, утилизируется в производство чугуна без предварительной обработки, либо перерабатывается другими, хорошо разработанными способами. Теплоизоляционная часть состоит из шамотного кирпича и диатомита и поэтому содержит много кремния. В процессе эксплуатации при высоких температурах в теплоизоляционную часть проникает электролит, содержащий 40-50% фтора и до 30% натрия, за счет чего происходит расплавление шамотного кирпича с образованием линз и разрушения части кирпичей фтористыми солями. Основными фазами теплоизоляционной футеровки являются: шамот, диатомит, фтористый натрий, криолит, примеси кальция, магния железа.
Переработка теплоизоляционной части футеровки способами, разработанными для углеродной части, нецелесообразна из-за высокого содержания кремния, который переходит при переработке во фтористые соли. Поэтому для переработки теплоизоляционной части должны применяться другие способы.
В представленном техническом решении способ основан на различной растворимости соединений кремния в растворе содержащем карбонат и бикарбонат натрия. Особенностью теплоизоляционной части отработанной футеровки является неоднородность ее состава. Отработанная теплоизоляционная футеровка каждого электролизера имеет индивидуальный состав. В таблице 1 представлен элементный состав теплоизоляционной части отработанной футеровки пяти электролизеров.
При работе электролизера в результате тепловых и электрохимических факторов с теплоизоляционной футеровкой взаимодействуют пары натрия и электролит. Основным механизмом попадания фтористых солей натрия к огнеупорному слою является капиллярное течение электролита по проницаемым порам подовых углеродных блоков, межблочных и периферийных швов, заполненных подовой массой. Это обусловлено тем, что при температурах электролиза вязкость электролита соизмерима с вязкостью воды. На практике к этому механизму добавляются протеки электролита в зазоры, трещины и другие дефекты подины, возникающие при ее обжиге. Считается, что реакция образования натрия в подовом блоке имеет вид:
При этом механизмами перемещения натрия через материал подового блока является диффузия и перенос натрия в виде пара. Чем больше проникает в теплоизоляционную футеровку электролита и паров натрия, тем больше образуется каустической щелочи, которая способствует растворению соединений кремния.
При выщелачивании водой отработанной теплоизоляционной части футеровки с небольшой и средней степенью разрушения образуются растворы с содержанием кремнезема не выше 0,18 г/дм3, что в дальнейшем позволяет получать криолит отвечающий требованиям алюминиевой промышленности. При выщелачивании теплоизоляционной футеровки с высокой степенью разрушения содержание кремнезема в растворе может
превышать уровень 0,4-0,6 г/дм3, что при переработке этих растворов не дает возможности получать качественный криолит. При использовании смеси футеровок содержание в растворе кремнезема не обеспечивает получение качественного криолита.
Нашими исследованиями установлено, что присутствие в растворе для выщелачивания бикарбоната натрия препятствует переходу кремния в раствор и обеспечивает, при дальнейшей переработке, получение качественного криолита. Другим компонентом раствора является карбонат натрия, который неизбежно присутствует в растворе за счет следующих факторов: образование в процессе выщелачивания футеровки; нейтрализация каустической щелочью бикарбоната натрия. Кроме того, карбонат натрия может поступать в процесс при использовании для выщелачивания растворов газоочистки и промывных вод, что производится для обеспечения замкнутого водооборота предприятий алюминиевой промышленности. Исследованиями установлено, что содержание в растворе для выщелачивания карбоната натрия не должно превышать 5,0 г/дм3, так как при более высоких концентрациях увеличивается переход кремния в раствор и соответственно в криолит (см. таблицу 2)
Необходимая концентрация бикарбоната натрия определяется двумя факторами: достаточностью для получения раствора с низким содержанием кремния и обеспечивающим эффективную переработку раствора на криолит. Переработка раствора осуществляется по содо-бикарбонатной схеме традиционно используемой на алюминиевых заводах для получения криолита из растворов газоочистки. Раствор после выщелачивания обрабатывается раствором алюмината натрия. Криолит образуется по реакции: 
Полнота протекания реакции обеспечивается молярным отношением фтористого натрия к бикарбонату натрия 1,5÷1. При недостатке бикарбоната фтор осаждается неполностью, при избытке снижается содержание фтора в криолите за счет образования нежелательной примеси гидроалюмокарбоната
натрия 
. Бикарбонат натрия может вводится в виде сухих солей, либо с растворами газоочистки. Таким образом по предлагаемому способу теплоизоляционная отработанная футеровка выщелачивается раствором содержащим карбонат и бикарбонат натрия, концентрация Na2CO3 не должна превышать 5,0 г/дм3. Концентрация бикарбоната натрия определяется мольным соотношением фторида натрия к бкарбонату натрия равным 1,5÷1, концентрация фтористого натрия зависит от величины Ж÷Т и должна находится на уровне 14-25 г/дм3. Эта концентрация соответствует принятым условиям существующей технологии. Отношение Ж÷Т зависит от содержания фтора в исходной футеровке и по проведенным исследованиям может колебаться в пределах 8-15÷1. Температура и продолжительность выщелачивания не являются определяющими, приняты на традиционном уровне апробированы в лабораторных условиях и составляют 60°С и 60 минут.
Заявленный способ переработки фторкремнийсодержащих отходов производства алюминия испытан в лабораторных условиях.
Пример: Для испытаний использовали пробу теплоизоляционной части отработанной футеровки следующего состава мас. %: F - 9,2; Al - 15,0; Na - 9,2; Si - 20,0; Fe - 1,5; С - 2,1; прочие - 43. Прочие, в основном, кислород в виде Al2O3, SiO2. Измельченную пробу помещали в нагретый до 60°С раствор содержащий г/дм: 4,0 карбоната натрия (Na2CO3) и 21,5 бикарбоната натрия (NaHCO3), перемешивали в течение 60 минут. Количество пробы 50 грамм, количество раствора 500 мл. После отделения твердой фазы фильтрацией и промыванием 50 мл. дистиллированной воды получено 540 мл. раствора, содержащего г/дм3: NaF - 14,2; Na2CO3 - 4,2; NaHCO3 - 20,9. Из полученного раствора осадили криолит путем приливания раствора алюмината натрия, состава г/дм: Al2O3 - 250; Na2O - 260, в количестве 2,8 мл. После фильтрации и сушки получен криолит следующего состава мас. %: F - 49,2; Al - 13,1; Na - 31,8; SiO2 - 0,75; SO4 - 1,8; прочие - 3,35. Выход фтора в целевой продукт составил 55,6%, а за счет использования маточных
растворов после осаждения криолита в комплексной схеме переработки фторсодержащих отходов, выход фтора может повысится до 65-70%. Результаты экспериментальных данных по отработке технологии представлены в таблице 2.
Использование предлагаемого технического решения позволит осуществлять переработку отработанной теплоизоляционной футеровки алюминиевого электролизера с получением качественного продукта - криолита, который при технологии Содерберга востребован при производстве первичного алюминия, а при более современных технологиях с обожженными анодами и сухой газоочисткой может перерабатываться на более востребованные продукты - низкомодульный криолит и фтористый алюминий по известным технологиям. Данный способ может так же применятся для переработки фторкремнийсодержащих отходов непостоянного состава, таких как пыль с крыш цехов, россыпи и т.п.
Claims (1)
- Способ переработки фторкремнийсодержащих отходов алюминиевого производства, включающий измельчение, выщелачивание, разделение жидкой и твердой фазы пульпы, обработку раствора с выделением фторсодержащего продукта, отличающийся тем, что обрабатываются отходы капитального ремонта теплоизоляционной части алюминиевого электролизера, содержащие фтор, алюминий, натрий и кремний, выщелачивание осуществляется солевым раствором, содержащим карбонат натрия в количестве не более 5,0 г/дм3, при молярном отношении фторида натрия к бикарбонату натрия на уровне 1,4-1,5÷1 с последующим разделением фаз и осаждением из раствора криолита с содержанием оксида кремния не более 0,9 мас. %.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2017143425A RU2675916C1 (ru) | 2017-12-12 | 2017-12-12 | Способ переработки фторкремнийсодержащих отходов производства алюминия |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2017143425A RU2675916C1 (ru) | 2017-12-12 | 2017-12-12 | Способ переработки фторкремнийсодержащих отходов производства алюминия |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU2675916C1 true RU2675916C1 (ru) | 2018-12-25 |
Family
ID=64753819
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| RU2017143425A RU2675916C1 (ru) | 2017-12-12 | 2017-12-12 | Способ переработки фторкремнийсодержащих отходов производства алюминия |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| RU (1) | RU2675916C1 (ru) |
Cited By (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN112881497A (zh) * | 2021-04-13 | 2021-06-01 | 广西博世科环保科技股份有限公司 | 一种铝电解大修渣浸出液中氟化物的检测方法 |
| CN113072089A (zh) * | 2021-03-26 | 2021-07-06 | 广西博世科环保科技股份有限公司 | 一种铝电解大修渣和铝灰联合处理回收冰晶石的方法 |
| CN115448345A (zh) * | 2022-09-30 | 2022-12-09 | 湖南绿脉环保科技股份有限公司 | 一种大修渣无害化生产冰晶石的方法 |
| CN116375066A (zh) * | 2022-12-30 | 2023-07-04 | 东北大学 | 一种利用铝电解槽炭渣制备冰晶石的方法 |
Citations (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US4889695A (en) * | 1985-02-20 | 1989-12-26 | Aluminum Company Of America | Reclaiming spent potlining |
| RU2247160C1 (ru) * | 2003-11-24 | 2005-02-27 | Поляков Пётр Васильевич | Способ переработки фторуглеродсодержащих отходов электролитического производства алюминия |
| RU2429198C1 (ru) * | 2010-03-19 | 2011-09-20 | Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Иркутский государственный технический университет" (ГОУ ИрГТУ) | Способ переработки твердых фторуглеродсодержащих отходов электролитического производства алюминия |
| RU2462418C1 (ru) * | 2011-06-07 | 2012-09-27 | Эдвард Петрович Ржечицкий | Способ получения фтористого алюминия |
-
2017
- 2017-12-12 RU RU2017143425A patent/RU2675916C1/ru active
Patent Citations (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US4889695A (en) * | 1985-02-20 | 1989-12-26 | Aluminum Company Of America | Reclaiming spent potlining |
| RU2247160C1 (ru) * | 2003-11-24 | 2005-02-27 | Поляков Пётр Васильевич | Способ переработки фторуглеродсодержащих отходов электролитического производства алюминия |
| RU2429198C1 (ru) * | 2010-03-19 | 2011-09-20 | Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Иркутский государственный технический университет" (ГОУ ИрГТУ) | Способ переработки твердых фторуглеродсодержащих отходов электролитического производства алюминия |
| RU2462418C1 (ru) * | 2011-06-07 | 2012-09-27 | Эдвард Петрович Ржечицкий | Способ получения фтористого алюминия |
Cited By (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN113072089A (zh) * | 2021-03-26 | 2021-07-06 | 广西博世科环保科技股份有限公司 | 一种铝电解大修渣和铝灰联合处理回收冰晶石的方法 |
| CN113072089B (zh) * | 2021-03-26 | 2022-08-05 | 广西博世科环保科技股份有限公司 | 一种铝电解大修渣和铝灰联合处理回收冰晶石的方法 |
| CN112881497A (zh) * | 2021-04-13 | 2021-06-01 | 广西博世科环保科技股份有限公司 | 一种铝电解大修渣浸出液中氟化物的检测方法 |
| CN115448345A (zh) * | 2022-09-30 | 2022-12-09 | 湖南绿脉环保科技股份有限公司 | 一种大修渣无害化生产冰晶石的方法 |
| CN115448345B (zh) * | 2022-09-30 | 2023-08-29 | 湖南绿脉环保科技股份有限公司 | 一种大修渣无害化生产冰晶石的方法 |
| CN116375066A (zh) * | 2022-12-30 | 2023-07-04 | 东北大学 | 一种利用铝电解槽炭渣制备冰晶石的方法 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| RU2675916C1 (ru) | Способ переработки фторкремнийсодержащих отходов производства алюминия | |
| Xiao et al. | Co-utilization of spent pot-lining and coal gangue by hydrothermal acid-leaching method to prepare silicon carbide powder | |
| CN113426796B (zh) | 一种电解铝大修渣和大修渣浸出液再生循环利用方法及回收物的应用方法 | |
| Kondrat’ev et al. | Recycling of electrolyzer spent carbon-graphite lining with aluminum fluoride regeneration | |
| CN104386720B (zh) | 一种从高硅含铝矿物原料中酸碱联合提取氧化铝的方法 | |
| CN105964660B (zh) | 一种无害化处理铝电解槽废槽衬的方法 | |
| CN109437271A (zh) | 一种回收利用电解铝含氟资源的方法 | |
| CN114875250B (zh) | 含锂粘土提纯锂的方法 | |
| CN102923743B (zh) | 酸法处理粉煤灰综合提取铝和锂的工艺方法 | |
| CN113443643B (zh) | 一种协同处理铝灰、炭渣及脱硫石膏渣的方法 | |
| Yang et al. | A closed-circuit cycle process for recovery of carbon and valuable components from spent carbon cathode by hydrothermal acid-leaching method | |
| CN105970250A (zh) | 一种电解铝固体废弃物无害化综合利用方法 | |
| CN106966415A (zh) | 一种酸法提取煤粉炉粉煤灰中氧化铝的工艺方法 | |
| CN102817041A (zh) | 一种用水氯镁石生产氢氧化镁、镁和镁铝尖晶石的方法 | |
| CN113501536A (zh) | 一种多废料联合处理制备氟化铝产品的方法及氟化铝产品 | |
| RU2472865C1 (ru) | Способ переработки фторсодержащих отходов электролитического производства алюминия | |
| CN102828028A (zh) | 一种废铝灰综合处理工艺 | |
| CN110015672B (zh) | 利用电解槽废料生产氟化镁的方法 | |
| CN104340994B (zh) | 一种循环流化床锅炉粉煤灰综合利用的方法 | |
| RU2643675C1 (ru) | Способ переработки отработанной теплоизоляционной футеровки алюминиевого электролизера | |
| RU2630117C1 (ru) | Способ переработки отработанной углеродной футеровки алюминиевого электролизера | |
| Xie et al. | Study on phase transformation and reaction behavior of alumina extraction process by calcification of aluminum dross | |
| CN114074949A (zh) | 一种电解槽废料中氟化物的催化解离方法 | |
| CN105018739A (zh) | 一种高效综合回收利用铝灰的方法 | |
| CN114182111B (zh) | 一种从硅酸锆中提取氧化锆的方法 |