RU2814678C1 - Способ получения комплексной добавки для спекания портландцементного клинкера - Google Patents
Способ получения комплексной добавки для спекания портландцементного клинкера Download PDFInfo
- Publication number
- RU2814678C1 RU2814678C1 RU2023124345A RU2023124345A RU2814678C1 RU 2814678 C1 RU2814678 C1 RU 2814678C1 RU 2023124345 A RU2023124345 A RU 2023124345A RU 2023124345 A RU2023124345 A RU 2023124345A RU 2814678 C1 RU2814678 C1 RU 2814678C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- sintering
- fluorine
- lime
- flotation tailings
- complex additive
- Prior art date
Links
- 239000000654 additive Substances 0.000 title claims abstract description 28
- 230000000996 additive effect Effects 0.000 title claims abstract description 28
- 238000005245 sintering Methods 0.000 title claims abstract description 19
- 239000011398 Portland cement Substances 0.000 title claims abstract description 14
- 238000000034 method Methods 0.000 title abstract description 18
- 238000005188 flotation Methods 0.000 claims abstract description 37
- 229910052731 fluorine Inorganic materials 0.000 claims abstract description 32
- 239000011737 fluorine Substances 0.000 claims abstract description 32
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 claims abstract description 32
- 235000008733 Citrus aurantifolia Nutrition 0.000 claims abstract description 27
- 235000011941 Tilia x europaea Nutrition 0.000 claims abstract description 27
- 239000004571 lime Substances 0.000 claims abstract description 27
- 239000003153 chemical reaction reagent Substances 0.000 claims abstract description 23
- 239000003245 coal Substances 0.000 claims abstract description 20
- WUKWITHWXAAZEY-UHFFFAOYSA-L calcium difluoride Chemical compound [F-].[F-].[Ca+2] WUKWITHWXAAZEY-UHFFFAOYSA-L 0.000 claims abstract description 19
- 239000006260 foam Substances 0.000 claims abstract description 19
- 239000010436 fluorite Substances 0.000 claims abstract description 13
- OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N Carbon Chemical compound [C] OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 10
- 239000000292 calcium oxide Substances 0.000 claims abstract description 10
- ODINCKMPIJJUCX-UHFFFAOYSA-N calcium oxide Inorganic materials [Ca]=O ODINCKMPIJJUCX-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 10
- 229910052799 carbon Inorganic materials 0.000 claims abstract description 10
- 238000003756 stirring Methods 0.000 claims abstract description 7
- BRPQOXSCLDDYGP-UHFFFAOYSA-N calcium oxide Chemical compound [O-2].[Ca+2] BRPQOXSCLDDYGP-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 5
- PXGOKWXKJXAPGV-UHFFFAOYSA-N Fluorine Chemical compound FF PXGOKWXKJXAPGV-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract 2
- 239000007864 aqueous solution Substances 0.000 claims description 6
- 239000002699 waste material Substances 0.000 abstract description 34
- XAGFODPZIPBFFR-UHFFFAOYSA-N aluminium Chemical compound [Al] XAGFODPZIPBFFR-UHFFFAOYSA-N 0.000 abstract description 30
- 229910052782 aluminium Inorganic materials 0.000 abstract description 30
- 239000004568 cement Substances 0.000 abstract description 9
- NBVXSUQYWXRMNV-UHFFFAOYSA-N fluoromethane Chemical compound FC NBVXSUQYWXRMNV-UHFFFAOYSA-N 0.000 abstract description 6
- 239000000126 substance Substances 0.000 abstract description 5
- 239000004411 aluminium Substances 0.000 abstract 1
- 230000000694 effects Effects 0.000 abstract 1
- XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N water Substances O XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N 0.000 abstract 1
- YCKRFDGAMUMZLT-UHFFFAOYSA-N Fluorine atom Chemical compound [F] YCKRFDGAMUMZLT-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 27
- 239000000203 mixture Substances 0.000 description 27
- 239000011734 sodium Substances 0.000 description 20
- 239000000243 solution Substances 0.000 description 19
- 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 description 15
- 229910052708 sodium Inorganic materials 0.000 description 15
- HEMHJVSKTPXQMS-UHFFFAOYSA-M Sodium hydroxide Chemical compound [OH-].[Na+] HEMHJVSKTPXQMS-UHFFFAOYSA-M 0.000 description 9
- 239000000047 product Substances 0.000 description 9
- UAVMTGUTXWILAA-UHFFFAOYSA-N [C].[F].[Na] Chemical compound [C].[F].[Na] UAVMTGUTXWILAA-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 8
- 229910001634 calcium fluoride Inorganic materials 0.000 description 8
- 239000011575 calcium Substances 0.000 description 7
- 229910001610 cryolite Inorganic materials 0.000 description 7
- 239000002994 raw material Substances 0.000 description 7
- 239000000463 material Substances 0.000 description 6
- 229910004261 CaF 2 Inorganic materials 0.000 description 5
- 239000003513 alkali Substances 0.000 description 5
- 238000002474 experimental method Methods 0.000 description 5
- VYPSYNLAJGMNEJ-UHFFFAOYSA-N Silicium dioxide Chemical compound O=[Si]=O VYPSYNLAJGMNEJ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 4
- GWEVSGVZZGPLCZ-UHFFFAOYSA-N Titan oxide Chemical compound O=[Ti]=O GWEVSGVZZGPLCZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 4
- 238000010438 heat treatment Methods 0.000 description 4
- 238000002156 mixing Methods 0.000 description 4
- 238000005457 optimization Methods 0.000 description 4
- 239000012265 solid product Substances 0.000 description 4
- OYPRJOBELJOOCE-UHFFFAOYSA-N Calcium Chemical compound [Ca] OYPRJOBELJOOCE-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 3
- CWYNVVGOOAEACU-UHFFFAOYSA-N Fe2+ Chemical compound [Fe+2] CWYNVVGOOAEACU-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 3
- 229910000323 aluminium silicate Inorganic materials 0.000 description 3
- 229910052791 calcium Inorganic materials 0.000 description 3
- 238000004140 cleaning Methods 0.000 description 3
- HNPSIPDUKPIQMN-UHFFFAOYSA-N dioxosilane;oxo(oxoalumanyloxy)alumane Chemical compound O=[Si]=O.O=[Al]O[Al]=O HNPSIPDUKPIQMN-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 3
- 239000003792 electrolyte Substances 0.000 description 3
- 125000001153 fluoro group Chemical group F* 0.000 description 3
- PPPLOTGLKDTASM-UHFFFAOYSA-A pentasodium;pentafluoroaluminum(2-);tetrafluoroalumanuide Chemical compound [F-].[F-].[F-].[F-].[F-].[F-].[F-].[F-].[F-].[F-].[F-].[F-].[F-].[F-].[Na+].[Na+].[Na+].[Na+].[Na+].[Al+3].[Al+3].[Al+3] PPPLOTGLKDTASM-UHFFFAOYSA-A 0.000 description 3
- 239000010802 sludge Substances 0.000 description 3
- 235000011121 sodium hydroxide Nutrition 0.000 description 3
- 229910018072 Al 2 O 3 Inorganic materials 0.000 description 2
- KKCBUQHMOMHUOY-UHFFFAOYSA-N Na2O Inorganic materials [O-2].[Na+].[Na+] KKCBUQHMOMHUOY-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 229910004298 SiO 2 Inorganic materials 0.000 description 2
- PNEYBMLMFCGWSK-UHFFFAOYSA-N aluminium oxide Inorganic materials [O-2].[O-2].[O-2].[Al+3].[Al+3] PNEYBMLMFCGWSK-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 239000003518 caustics Substances 0.000 description 2
- 229910052681 coesite Inorganic materials 0.000 description 2
- 238000010835 comparative analysis Methods 0.000 description 2
- 229910052593 corundum Inorganic materials 0.000 description 2
- 229910052906 cristobalite Inorganic materials 0.000 description 2
- 239000000428 dust Substances 0.000 description 2
- JEIPFZHSYJVQDO-UHFFFAOYSA-N iron(III) oxide Inorganic materials O=[Fe]O[Fe]=O JEIPFZHSYJVQDO-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 238000009533 lab test Methods 0.000 description 2
- 239000007788 liquid Substances 0.000 description 2
- 239000011159 matrix material Substances 0.000 description 2
- VNWKTOKETHGBQD-UHFFFAOYSA-N methane Chemical compound C VNWKTOKETHGBQD-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 239000000377 silicon dioxide Substances 0.000 description 2
- 235000012239 silicon dioxide Nutrition 0.000 description 2
- 239000007787 solid Substances 0.000 description 2
- 229910052682 stishovite Inorganic materials 0.000 description 2
- 229910052905 tridymite Inorganic materials 0.000 description 2
- 229910001845 yogo sapphire Inorganic materials 0.000 description 2
- 239000005997 Calcium carbide Substances 0.000 description 1
- 235000019738 Limestone Nutrition 0.000 description 1
- 239000002253 acid Substances 0.000 description 1
- HSFWRNGVRCDJHI-UHFFFAOYSA-N alpha-acetylene Natural products C#C HSFWRNGVRCDJHI-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- -1 aluminum-fluorine-carbon-sulfur Chemical compound 0.000 description 1
- AGWMJKGGLUJAPB-UHFFFAOYSA-N aluminum;dicalcium;iron(3+);oxygen(2-) Chemical compound [O-2].[O-2].[O-2].[O-2].[O-2].[Al+3].[Ca+2].[Ca+2].[Fe+3] AGWMJKGGLUJAPB-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 238000004458 analytical method Methods 0.000 description 1
- 230000015572 biosynthetic process Effects 0.000 description 1
- AXCZMVOFGPJBDE-UHFFFAOYSA-L calcium dihydroxide Chemical compound [OH-].[OH-].[Ca+2] AXCZMVOFGPJBDE-UHFFFAOYSA-L 0.000 description 1
- 239000000920 calcium hydroxide Substances 0.000 description 1
- 235000011116 calcium hydroxide Nutrition 0.000 description 1
- 229910001861 calcium hydroxide Inorganic materials 0.000 description 1
- 235000012241 calcium silicate Nutrition 0.000 description 1
- JHLNERQLKQQLRZ-UHFFFAOYSA-N calcium silicate Chemical compound [Ca+2].[Ca+2].[O-][Si]([O-])([O-])[O-] JHLNERQLKQQLRZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229910052918 calcium silicate Inorganic materials 0.000 description 1
- 238000006243 chemical reaction Methods 0.000 description 1
- 150000001875 compounds Chemical class 0.000 description 1
- 238000001816 cooling Methods 0.000 description 1
- HOOWDPSAHIOHCC-UHFFFAOYSA-N dialuminum tricalcium oxygen(2-) Chemical compound [O--].[O--].[O--].[O--].[O--].[O--].[Al+3].[Al+3].[Ca++].[Ca++].[Ca++] HOOWDPSAHIOHCC-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- BCAARMUWIRURQS-UHFFFAOYSA-N dicalcium;oxocalcium;silicate Chemical compound [Ca+2].[Ca+2].[Ca]=O.[O-][Si]([O-])([O-])[O-] BCAARMUWIRURQS-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 238000002224 dissection Methods 0.000 description 1
- 238000005868 electrolysis reaction Methods 0.000 description 1
- 239000012717 electrostatic precipitator Substances 0.000 description 1
- 238000005265 energy consumption Methods 0.000 description 1
- 125000002534 ethynyl group Chemical group [H]C#C* 0.000 description 1
- 238000000605 extraction Methods 0.000 description 1
- 230000004907 flux Effects 0.000 description 1
- 238000000227 grinding Methods 0.000 description 1
- 239000010440 gypsum Substances 0.000 description 1
- 229910052602 gypsum Inorganic materials 0.000 description 1
- XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-M hydroxide Chemical compound [OH-] XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-M 0.000 description 1
- 239000012535 impurity Substances 0.000 description 1
- 238000009616 inductively coupled plasma Methods 0.000 description 1
- 238000002386 leaching Methods 0.000 description 1
- 239000006028 limestone Substances 0.000 description 1
- 238000007726 management method Methods 0.000 description 1
- 239000008267 milk Substances 0.000 description 1
- 210000004080 milk Anatomy 0.000 description 1
- 235000013336 milk Nutrition 0.000 description 1
- 230000001089 mineralizing effect Effects 0.000 description 1
- TWNQGVIAIRXVLR-UHFFFAOYSA-N oxo(oxoalumanyloxy)alumane Chemical compound O=[Al]O[Al]=O TWNQGVIAIRXVLR-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 239000012716 precipitator Substances 0.000 description 1
- 238000002203 pretreatment Methods 0.000 description 1
- 238000004064 recycling Methods 0.000 description 1
- 230000008929 regeneration Effects 0.000 description 1
- 238000011069 regeneration method Methods 0.000 description 1
- 239000012261 resinous substance Substances 0.000 description 1
- 150000003839 salts Chemical class 0.000 description 1
- 238000004155 tailings processing Methods 0.000 description 1
- CLZWAWBPWVRRGI-UHFFFAOYSA-N tert-butyl 2-[2-[2-[2-[bis[2-[(2-methylpropan-2-yl)oxy]-2-oxoethyl]amino]-5-bromophenoxy]ethoxy]-4-methyl-n-[2-[(2-methylpropan-2-yl)oxy]-2-oxoethyl]anilino]acetate Chemical compound CC1=CC=C(N(CC(=O)OC(C)(C)C)CC(=O)OC(C)(C)C)C(OCCOC=2C(=CC=C(Br)C=2)N(CC(=O)OC(C)(C)C)CC(=O)OC(C)(C)C)=C1 CLZWAWBPWVRRGI-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 235000019976 tricalcium silicate Nutrition 0.000 description 1
- 229910021534 tricalcium silicate Inorganic materials 0.000 description 1
- 238000003466 welding Methods 0.000 description 1
Abstract
Изобретение относится к переработке хвостов флотации угольной пены – одного из фторуглеродсодержащих отходов электролитического производства алюминия и может быть использовано в цементной промышленности. Технический результат заключается в повышении производительности процесса, уменьшении энергозатрат, получении комплексной добавки для спекания клинкера на основе синтетического флюорита и графитированного углерода, повышении качества комплексной добавки для спекания портландцементного клинкера. Способ получения комплексной добавки для спекания портландцементного клинкера на основе синтетического флюорита и графитированного углерода включает обработку хвостов флотации угольной пены в водном растворе известьсодержащим реагентом при перемешивании и поддержании весового отношения количества фтора в хвостах флотации к количеству активного оксида кальция в известьсодержащем реагенте 1:1,40÷1,65, обработку ведут при следующих технологических параметрах: температура 50±3°С, продолжительность 15±2 мин, отношение Ж:Т=(4±0,15):1. 8 табл.
Description
Изобретение относится к цементной и алюминиевой промышленности и может быть использовано для получения комплексной добавки на основе фторсодержащего минерализатора и выгорающей добавки. Комплексная добавка применяется в составе сырьевого шлама для интенсификации спекания портландцементного клинкера. Комплексную добавку получают переработкой хвостов флотации угольной пены, которые являются отходом производства алюминия электролизом расплавленных солей.
Известен способ переработки мелкодисперсных натрий-фтор-углеродсодержащих отходов электролитического производства алюминия, включающий смешение отходов, используемых в качестве фторсодержащего минерализатора, со смесью, содержащей кальциевый, алюмосиликатный и железистый компоненты, и последующую термообработку полученной смеси, отличающийся тем, что смешение проводят при подаче указанных отходов в смесь для получения портландцементного клинкера в количестве 0,10-0,25 вес. % в пересчете на фтор и при весовом отношении натрия к фтору не более 0,8. При этом в качестве мелкодисперсных натрий-фторуглеродсодержащих отходов электролитического производства алюминия может быть использована пыль электрофильтров, шлам газоочистки, хвосты флотации угольной пены, смесь мелкодисперсных натрий-фтор-углеродсодержащих отходов электролитического производства алюминия.
Кроме того, в состав фторсодержащего минерализатора может быть дополнительно введен фторид кальция при следующем соотношении компонентов, вес. %:
- мелкодисперсные натрий-фтор-углеродсодержащие отходы электролитического производства алюминия 30-90;
- фторид кальция - остальное [1].
Основной недостаток известного решения - значительное содержание в используемых отходах щелочного элемента - натрия. Повышенное содержание натрия во фторсодержащем минерализаторе на основе отходов алюминиевого производства приводит к увеличению содержания щелочей в портландцементном клинкере, что в итоге ухудшает потребительские свойства получаемого цемента.
Наиболее близким по назначению, по технической сущности и по наличию сходных существенных признаков к заявляемому является техническое решение, описанное в [2]. Этот способ выбран в качестве ближайшего аналога. Способ включает смешивание отходов с кальциевым, алюмосиликатным и железистым компонентами в количестве 0,10-0,25 вес.% в пересчете на фтор при весовом отношении натрия к фтору в минерализаторе не более 0,8 и последующую термообработку полученной смеси, при этом натрий-фтор-углеродсодержащие отходы электролитического производства алюминия предварительно обрабатывают в водном растворе известьсодержащим реагентом при перемешивании. При обработке поддерживают весовое отношение количества фтора в отходах к количеству активного оксида кальция в известьсодержащем реагенте 1:1,40÷1,65. Предварительную обработку натрий-фтор-углеродсодержащих отходов алюминиевого производства проводят в водном растворе известьсодержащим реагентом при перемешивании, поддерживают весовое отношение жидкого к твердому 3,0÷6,5:1, при температуре 65 ÷ 90оС, в течение 30 ÷ 70 минут. В качестве известьсодержащего реагента может быть использована известь пушонка и/или карбидная известь - отход производства ацетилена из карбида кальция.
В качестве натрий-фтор-углеродсодержащих отходов электролитического производства алюминия могут быть использованы измельченная отработанная угольная футеровка электролизеров для производства алюминия, пыль электрофильтров, шлам газоочистки, хвосты флотации угольной пены, смесь мелкодисперсных натрий-фтор-углеродсодержащих отходов электролитического производства алюминия, а также смесь мелкодисперсных натрий-фтор-углеродсодержащих отходов электролитического производства алюминия с измельченной отработанной угольной футеровкой электролизеров для производства алюминия.
В результате обработки отходов известьсодержащим реагентом получают синтетический флюорит (CaF2) и раствор, содержащий каустическую соду (NaOH).
Недостаток ближайшего аналога связан с широким диапазоном заявленных технологических параметров обработки отходов: весовое отношение жидкого к твердому 3,0÷6,5:1, температура обработки 65 ÷ 90оС, продолжительность обработки 30 ÷ 70 мин. В то время, как для каждого вида отходов или смеси отходов существуют оптимальные условия обработки.
Задачей предлагаемого технического решения является оптимизация технологических параметров обработки хвостов флотации известьсодержащим реагентом с целью максимального перевода фтора из фторалюминатов натрия в синтетический флюорит при минимальной остаточной концентрации натрия в комплексной добавке.
Техническими результатами являются:
- повышение производительности процесса за счет сокращения времени обработки хвостов флотации;
- уменьшение энергозатрат за счет снижения температуры обработки хвостов флотации;
- получение комплексной добавки для спекания клинкера на основе синтетического флюорита, выполняющего роль минерализатора, и графитированного углерода, выступающего в качестве выгорающей добавки;
- повышение качества комплексной добавки для спекания портландцементного клинкера за счет снижения в ней содержания натрия;
- комплексная, безотходная переработка хвостов флотации угольной пены электролитического производства алюминия с получением синтетического флюорита для цементников и раствора каустической щелочи для «мокрой» газоочистки алюминиевого производства.
Технические результаты достигаются тем, что в способе получения комплексной добавки для спекания портландцементного клинкера на основе синтетического флюорита и графитированного углерода, включающем обработку хвостов флотации угольной пены в водном растворе известьсодержащим реагентом при перемешивании и поддержании весового отношения количества фтора в хвостах флотации к количеству активного оксида кальция в известьсодержащем реагенте 1:1,40÷1,65, обработку ведут при следующих технологических параметрах: температура 50±3°С, продолжительность 15±2 мин., отношение Ж:Т = (4±0,15):1.
Сравнение предлагаемого решения с ближайшим аналогом показывает следующее. Предлагаемое решение и ближайший аналог характеризуются сходными признаками:
- оба способа включают переработку хвостов флотации угольной пены – одного из фторуглеродсодержащих отходов электролитического производства алюминия;
- переработка предусматривает обработку отходов в водном растворе известьсодержащим реагентом при перемешивании и повышенной температуре;
- весовое отношение количества фтора в отходах к количеству активного оксида кальция в известьсодержащем реагенте поддерживают 1:1,40÷1,65.
Предлагаемое решение отличается от ближайшего аналога совокупностью технологических параметров обработки:
- температура 50±3°С;
- продолжительность 15±2 мин.;
- отношение Ж:Т = (4±0,15):1.
Наличие в предлагаемом техническом решении признаков, отличных от признаков ближайшего аналога, позволяет сделать вывод о соответствии предлагаемого решения условию патентоспособности изобретения «новизна».
Техническая сущность предлагаемого решения заключается в следующем.
Хвосты флотации угольной пены являются одним из основных видов фторуглеродсодержащих отходов алюминиевого производства. Образуются при флотационном обогащении электролитной угольной пены с получением целевого продукта – флотационного криолита. Удельный выход хвостов флотации при выпуске 1 тонны криолита колеблется в пределах 400-700 кг, в зависимости от состава пены [3].
Пределы варьирования содержания основных элементов в хвостах флотации угольной пены приведены в таблице 1.
Таблица 1 – Химический состав хвостов флотации
| Элементы | Пределы варьирования, % вес. | Примерный состав, % вес. |
| Na | 4,5-7,0 | 6,0 |
| Al | 2,5-5,5 | 4,2 |
| F | 6,0-12,0 | 9,0 |
| C | 65,0-85,0 | 80,5 |
| K | 0,1-0,5 | 0,15 |
| Ca | 0,4-0,7 | 0,6 |
| Mg | 0,15-0,40 | 0,25 |
| Fe | 0,60-1,0 | 0,75 |
| Si | 0,10-0,25 | 0,15 |
| S | 0,15-0,60 | 0,45 |
| Смолистые вещества | 0,7-1,5 | 1,0 |
Из всех фторуглеродсодержащих отходов алюминиевого производства хвосты флотации имеют минимальную концентрацию фтора и максимальное содержание графитированного углерода. Фтор в хвостах флотации представлен преимущественно фторалюминатами натрия – криолитом Na3AlF6 и хиолитом Na5Al3F14.
Основным сдерживающим фактором использования хвостов флотации при спекании клинкера, равно как и других фторуглеродсодержащих отходов алюминиевого производства, является высокое содержание натрия в отходах. Повышенное содержание натрия приводит к увеличению содержания щелочей в клинкере, что в большинстве случаев недопустимо по причине высокого содержания щелочей в основном сырье для производства клинкера. В результате обработки хвостов флотации известьсодержащим реагентом в водном растворе при перемешивании и повышенной температуре происходит конверсия фторалюминатов натрия (криолита и хиолита) в синтетический флюорит. Натрий из криолита и хиолита переходит в раствор в виде каустической щелочи NaOH. Графитированный углерод при обработке хвостов флотации известьсодержащим реагентом не претерпевает никаких изменений и транзитом переходит в твердый продукт. Таким образом, твердый продукт обработки содержит синтетический флюорит и графитированный углерод. В качестве примесей в продукте присутствуют оксид и гидроксид алюминия. Также в продукте после обработки может присутствовать избыток известьсодержащего реагента.
Поиск оптимальных условий обработки хвостов флотации известьсодержащим реагентом выполнен методом полного факторного эксперимента [4]. Факторы управления и их значения приведены в таблице 2.
Таблица 2 – Пределы варьирования факторами управления
| Факторы управления | Уровни факторов | Интервал варьирования | ||
| -1 | 0 | +1 | ||
| Х1 – температура обработки, °С | 30 | 40 | 50 | ±10 |
| Х2 – продолжительность обработки, мин. | 15 | 22,5 | 30 | ±7,5 |
| Х3 – весовое соотношение Ж : Т | 2 | 3 | 4 | ±1 |
В качестве параметров оптимизации выбраны остаточная концентрация натрия У1 и содержание СaF2 в продукте У2. В опытах использовали хвосты флотации угольной пены с содержанием фтора 10,33%, углерода 74,2%. В качестве известьсодержащего реагента использовали гашеную известь Са(ОН)2 с содержанием основного вещества 96,0%. Известь дозировали строго по стехиометрии на образование СаF2. Содержание СаF2 в продукте определяли по ГОСТ 22974.11-96 [5]. Весовые концентрации натрия определяли на масс-спектрометре с индуктивно связанной плазмой X Series II фирмы Thermo Scientific. Для перевода образца в растворимую форму использовали метод кислотного вскрытия при комнатной температуре.
Матрица планирования и полученные в ходе экспериментов значения параметров оптимизации приведены в таблице 3.
Таблица 3 – Усредненные результаты экспериментов
| № опыта | Х0 | Х1 | Х2 | Х3 | Х1 Х2 | Х1 Х3 | Х2 Х3 | Х1 Х2 Х3 | У1 Содержание Na в продукте |
У2 Содержание СaF2 в продукте |
| 1 | + | - | - | - | + | + | + | - | 16,9±0,4 | 196,2±0,5 |
| 2 | + | + | - | - | - | - | + | + | 15,2±0,3 | 201,4±0,6 |
| 3 | + | - | + | - | - | + | - | + | 16,6±0,3 | 211,4±2,0 |
| 4 | + | + | + | - | + | - | - | - | 13,1±0,2 | 211,4±2,0 |
| 5 | + | - | - | + | + | - | - | + | 10,6±0,4 | 209,4±2,2 |
| 6 | + | + | - | + | - | + | - | - | 10,0±0,3 | 215,5±1,0 |
| 7 | + | - | + | + | - | - | + | - | 12,9±0,2 | 203,2±2,0 |
| 8 | + | + | + | + | + | + | + | + | 8,8±0,4 | 213,5±3,0 |
В результате обработки экспериментальных данных получены уравнения зависимости параметров оптимизации от факторов управления в кодированных координатах:
У1 = 13,01-1,238Х1-2,438Х3 -0,66Х1Х2+0,438Х2Х3 (1)
У2 = 207,75+2,7Х1+2,125Х2+2,65Х3+1,4Х1 Х3-4,175Х2Х3+1,175Х1Х2Х3 (2)
Из уравнений (1, 2) исключены члены с незначащими коэффициентами.
Анализ уравнений (1,2) показал, что максимальное содержание СaF2 и минимальная концентрация Na в твердом продукте достигаются при Х1 = +1; Х2=-1; Х3 = +1. Таким образом, экспериментальным путем определены оптимальные условия обработки хвостов флотации угольной пены известьсодержщим реагентом:
Х1 – температура обработки = 50±3°С;
Х2 – продолжительность обработки = 15±2 мин.;
Х3 – весовое соотношение Ж:Т = (4±0,15):1.
Отклонения факторов управления ±3°С; ±2 мин.; ±0,15 соответствуют доверительным интервалам, в которые с надежностью 95% укладываются результаты экспериментов.
Сравнительный анализ предлагаемого технического решения с другими известными решениями в данной области выявил следующее.
Известен способ получения портландцемента, включающий получение портландцементного клинкера, содержащего, в основном, трехкальциевый силикат, двухкальциевый силикат, трехкальциевый алюминат и четырехкальциевый алюмоферрит, спеканием исходной цементной сырьевой смеси, включающей кальциевый, алюмосиликатный, железистый компоненты и фторсодержащий минерализатор при содержании фтора в исходной цементной сырьевой смеси 0,15-0,40 вес.%, последующее охлаждение и помол портландцементного клинкера с гипсом, в котором в качестве фторсодержащего минерализатора используют смесь флюорита и фторуглеродсодержащих отходов электролитического производства алюминия при следующем содержании их в исходной цементной сырьевой смеси, вес.% в пересчете на фтор:
- фторуглеродсодержащие отходы электролитического производства алюминия 0,1÷0,2;
- флюорит - остальное до указанного содержания фтора. [6].
Известен способ переработки алюминийсодержащего сырья, включающий приготовление шихты из алюминийсодержащего сырья и известняка, ее спекание и выщелачивание спека, в котором в качестве сырья используют алюминий-фтор-углеродсеросодержащие отходы алюминиевого производства, шихту готовят с молярными отношениями Ca:F=0,8÷1,2, Ca:S=1,0 и спекают при 550÷800°С [7].
Известен способ переработки фторсодержащих материалов, образующихся при электролитическом производстве алюминия и используемых в цементной промышленности [8]. Способ включает подачу, смешение фторсодержащих материалов с компонентами шихты и термообработку шихты, в качестве фторсодержащих материалов используют вторичные фторсодержащие материалы с содержанием фтора не менее 26 вес.%, которые подают в шихту для получения портландцементного клинкера в качестве фторсодержащего минерализатора, в количестве, обеспечивающем содержание фтора в исходной шихте для получения портландцементного клинкера 0,07-0,25 вес.% Причем в качестве вторичного фторсодержащего материала могут быть использованы электролитная угольная пена, оборотный электролит, флотационный и/или регенерационный криолит, смешанный криолит. Кроме того, в состав фторсодержащего минерализатора дополнительно может быть введен фторид кальция при следующем соотношении компонентов, вес. %: вторичный фторсодержащий материал, используемый в электролитическом производстве алюминия - 30-90; фторид кальция – остальное.
В результате сравнительного анализа предлагаемого решения с известными решениями в данной области не выявлено технических решений, характеризующихся аналогичной с предлагаемым решением совокупностью признаков, а именно: оптимальными параметрами обработки хвостов флотации угольной пены известьсодержащим реагентом при температуре 50±3°С, продолжительности 15±2 мин., отношении Ж:Т = (4±0,15):1.
Таким образом, предлагаемое техническое решение соответствует условию патентоспособности изобретения «изобретательский уровень».
Описанные выше лабораторные эксперименты, выполненные по матрице планирования, и полученные результаты подтверждают практическую реализуемость предлагаемого способа.
Эффективность полученной из хвостов флотации угольной пены комплексной добавки подтверждена приведенным ниже описанием лабораторного эксперимента по спеканию клинкера.
Пример
Приготовили две сырьевых смеси для спекания клинкера (таблица 4). Состав смесей одинаков, за исключением введения во вторую смесь комплексной добавки, полученной обработкой хвостов флотации угольной пены известковым молоком при температуре 50°С, продолжительности обработки 15 мин и весовом отношении Ж:Т = 4:1. Из сырьевых смесей спрессовали таблетки диаметром 40 мм высотой 7,0 мм.
Таблица 4 - Состав исходных цементных сырьевых смесей с комплексной добавкой и без нее
| Содержание соединений, % вес. | |||||||||||||
| ппп | SiO2 | Al2O3 | Fe2O3 | CaO | MgO | SO3 | Na2O | K2O | TiO2 | Р2О5 | Σ | CaF2 | С |
| 34,0 | 12,56 | 3,21 | 2,75 | 42,4 | 2,40 | 0,26 | 0,28 | 0,3 | 0,20 | 0,12 | 98,48 | - | - |
| 34,0 | 12,56 | 3,21 | 2,75 | 42,4 | 2,40 | 0,26 | 0,28 | 0,3 | 0,20 | 0,12 | 98,48 | 0,28 | 1,0 |
Таблетки спекали в лабораторной печи, нагревая сырьевую смесь до 1100, 1200, 1300, 1400, 1450°С со скоростью 10°С/мин. В спеченных образцах определили усадку и содержание СаОсв. Результаты приведены в таблицах 5, 6.
Таблица 5 - Усадка образцов, мм при температурах спекания
| Образец | 1100°С | 1200°С | 1300°С | 1400°С | 1450°С |
| №1 без добавки | 39×6,8 | 37,5×6,4 | 35,3×5,9 | 33,6×5,6 | 31,7×5,5 |
| №2 с добавкой | 39×6,5 | 37,5×6,2 | 34,8×5,8 | 32,8×5,4 | 31,2×5,2 |
Таблица 6 – Содержание в образцах СаОсв., % вес. при температурах спекания
| Образец | 1100°С | 1200°С | 1300°С | 1400°С | 1450°С |
| №1 без добавки | 35,5 | 34,1 | 17,8 | 4,7 | 0,65 |
| №2 с добавкой | 31,0 | 26,3 | 12,1 | 1,7 | 0,0 |
Образцы с комплексной добавкой имеют большую усадку и меньшее содержание СаОсв. при одинаковых температурах. Следовательно, добавка интенсифицирует спекание клинкера.
Результаты исследования химического состава полученных клинкеров приведены в таблицах 7, 8.
Таблица 7 – Химический состав клинкеров после спекания при 1450°С.
| Клинкер | Содержание оксидов, % вес. | ||||||||||
| ппп | SiO2 | Al2O3 | Fe2O3 | CaO | MgO | SO3 | Na2O | K2O | TiO2 | Σ | |
| №1 без добавки | 0,44 | 20,40 | 5,50 | 4,23 | 63,15 | 4,15 | 0,53 | 0,34 | 0,50 | 0,25 | 99,55 |
| №2 с добавкой | 0,26 | 20,18 | 5,51 | 4,23 | 63,45 | 4,40 | 0,36 | 0,46 | 0,52 | 0,28 | 99,62 |
Таблица 8 – Молекулярный состав клинкеров после спекания при 1450°С.
| Клинкер | Расчетный минералогический состав, % вес. | |||
| 3СаO·SiO2 | 2СаO·SiO2 | 3СаO·Al2O3 | 4CaO·Al2O3·Fe2O3 | |
| №1 без добавки | 59 | 14 | 7,4 | 13 |
| №2 с добавкой | 61 | 12 | 7,4 | 13 |
Полученные результаты подтверждают факт минерализующего действия комплексной добавки на основе синтетического флюорита и графитированного углерода, полученной обработкой хвостов флотации угольной пены известьсодержащим реагентом.
Оптимизация технологических режимов обработки хвостов флотации угольной пены известьсодержащим реагентом повышает производительность процесса за счет сокращения времени обработки хвостов флотации, уменьшает энергозатраты за счет снижения температуры обработки хвостов флотации. При этом обеспечивается максимальное извлечение фторида кальция в твердый продукт при минимальной концентрации в нем натрия.
ИНФОРМАЦИЯ
1. Патент РФ №2393241, С22В 7/00, С04В 7/42. Опубл. 2010 г.
2. Заявка №2013122923/02, 17.05.2013 г., C22B7/00, С04В7/02. Опубл. 27.11.2014 г.
3. Куликов Б.П. Истомин С.П. Переработка отходов алюминиевого производства. Классик центр. Красноярск 2004. 480 с.
4. Адлер Ю.П., Маркова Е.В., Грановский Ю.В. Планирование экспериментов при поиске оптимальных условий. Наука. Москва. 1976. 278 с.
5. ГОСТ 22974.11-96. Флюсы сварочные плавленые. Методы определения фторида кальция.
6. Патент РФ №2383506, C04B 7/42. Опубл. 10.03.2010 г.
7. Патент РФ №2312815, C01F 7/38, C22B7/00, 2007 г.
8. Патент №2402621. С04В 7/02, C22B7/00. Опубл. 27.10.2010 г.
Claims (1)
- Способ получения комплексной добавки для спекания портландцементного клинкера на основе синтетического флюорита и графитированного углерода, включающий обработку хвостов флотации угольной пены в водном растворе известьсодержащим реагентом при перемешивании и поддержании весового отношения количества фтора в хвостах флотации к количеству активного оксида кальция в известьсодержащем реагенте 1:1,40÷1,65, отличающийся тем, что обработку ведут при следующих технологических параметрах: температура 50±3°С, продолжительность 15±2 мин, отношение Ж:Т=(4±0,15):1.
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU2814678C1 true RU2814678C1 (ru) | 2024-03-04 |
Family
ID=
Citations (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2006282455A (ja) * | 2005-03-31 | 2006-10-19 | Sumitomo Osaka Cement Co Ltd | セメント及びその製造方法 |
| RU2383506C1 (ru) * | 2008-09-30 | 2010-03-10 | Общество с ограниченной ответственностью Торговый дом "Байкальский алюминий" (ООО ТД "Байкальский алюминий") | Способ получения портландцемента (варианты) |
| RU2393241C1 (ru) * | 2009-02-24 | 2010-06-27 | Общество с ограниченной ответственностью Торговый дом "Байкальский алюминий" (ООО ТД "Байкальский алюминий") | Способ переработки мелкодисперсных натрий-фтор-углеродсодержащих отходов электролитического производства алюминия |
| RU2402621C1 (ru) * | 2009-09-03 | 2010-10-27 | Общество с ограниченной ответственностью Торговый дом "Байкальский алюминий" (ООО ТД "Байкальский алюминий") | Способ переработки фторсодержащих материалов, используемых в электролитическом производстве алюминия |
| RU2013122923A (ru) * | 2013-05-17 | 2014-11-27 | Общество с ограниченной ответственностью Торговый дом "Байкальский алюминий" (ООО ТД "БайкAL") | Способ переработки натрий-фтор-углеродсодержащих отходов электролитического производства алюминия |
Patent Citations (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2006282455A (ja) * | 2005-03-31 | 2006-10-19 | Sumitomo Osaka Cement Co Ltd | セメント及びその製造方法 |
| RU2383506C1 (ru) * | 2008-09-30 | 2010-03-10 | Общество с ограниченной ответственностью Торговый дом "Байкальский алюминий" (ООО ТД "Байкальский алюминий") | Способ получения портландцемента (варианты) |
| RU2393241C1 (ru) * | 2009-02-24 | 2010-06-27 | Общество с ограниченной ответственностью Торговый дом "Байкальский алюминий" (ООО ТД "Байкальский алюминий") | Способ переработки мелкодисперсных натрий-фтор-углеродсодержащих отходов электролитического производства алюминия |
| RU2402621C1 (ru) * | 2009-09-03 | 2010-10-27 | Общество с ограниченной ответственностью Торговый дом "Байкальский алюминий" (ООО ТД "Байкальский алюминий") | Способ переработки фторсодержащих материалов, используемых в электролитическом производстве алюминия |
| RU2013122923A (ru) * | 2013-05-17 | 2014-11-27 | Общество с ограниченной ответственностью Торговый дом "Байкальский алюминий" (ООО ТД "БайкAL") | Способ переработки натрий-фтор-углеродсодержащих отходов электролитического производства алюминия |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| CN101041450B (zh) | 利用高铝粉煤灰制取氧化铝和白炭黑清洁生产工艺 | |
| WO1992012268A1 (en) | Recovery of aluminium and fluoride values from spent pot lining | |
| CN110040756A (zh) | 一种铝灰制备聚合氯化铝联产耐火材料的方法 | |
| WO2013143335A1 (zh) | 碱法提取粉煤灰中氧化铝的方法 | |
| RU2393241C1 (ru) | Способ переработки мелкодисперсных натрий-фтор-углеродсодержащих отходов электролитического производства алюминия | |
| RU2402621C1 (ru) | Способ переработки фторсодержащих материалов, используемых в электролитическом производстве алюминия | |
| RU2814678C1 (ru) | Способ получения комплексной добавки для спекания портландцементного клинкера | |
| JP2014080347A (ja) | 半焼成ドロマイトからの酸化マグネシウム抽出方法 | |
| RU2383506C1 (ru) | Способ получения портландцемента (варианты) | |
| CN107200342A (zh) | 一种粉煤灰氯化电解制备氧化铝及综合利用的方法 | |
| CN111747665A (zh) | 一种添加拜耳法赤泥的成品水泥制作工艺 | |
| RU2816485C1 (ru) | Способ получения синтетического флюорита и раствора каустической соды | |
| RU2821274C1 (ru) | Способ получения бесщелочного минерализатора для обжига клинкера из фторсодержащих отходов алюминиевого производства | |
| RU2814124C1 (ru) | Способ переработки натрий-фтор-углеродсодержащих отходов электролитического производства алюминия | |
| AU2014258396A1 (en) | Fluidity improvement type cement clinker | |
| AU648913B2 (en) | Recovery of aluminium and fluoride values from spent pot lining | |
| RU2624570C1 (ru) | Способ переработки натрий-фтор-углеродсодержащих отходов электролитического производства алюминия | |
| Куликов et al. | Obtaining and using synthetic fluorite for Portland cement clinker production | |
| Miyazaki et al. | Synthesis of recycled cements using hydrothermally treated waste soda lime glass | |
| RU2555488C2 (ru) | Способ совместной переработки кальцийсодержащего и сульфатсодержащего отходов | |
| Marko et al. | Possibilities of fly ash activation in alumina recovery process | |
| RU2577871C1 (ru) | Способ получения портландцемента | |
| RU2505476C1 (ru) | Способ получения фтористого водорода | |
| RU2199488C2 (ru) | Способ переработки отработанной угольной футеровки алюминиевых электролизеров | |
| AU2022368094A1 (en) | METHOD FOR PRODUCING CALCINED PRODUCT CONTAINING γ-2CAO∙SIO2 |