RU2417162C1 - Method of processing alkaline aluminosilicate material - Google Patents
Method of processing alkaline aluminosilicate material Download PDFInfo
- Publication number
- RU2417162C1 RU2417162C1 RU2009141445/05A RU2009141445A RU2417162C1 RU 2417162 C1 RU2417162 C1 RU 2417162C1 RU 2009141445/05 A RU2009141445/05 A RU 2009141445/05A RU 2009141445 A RU2009141445 A RU 2009141445A RU 2417162 C1 RU2417162 C1 RU 2417162C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- sintering
- charge
- mixture
- temperature
- sludge
- Prior art date
Links
Images
Landscapes
- Treatment Of Sludge (AREA)
- Processing Of Solid Wastes (AREA)
Abstract
Description
Изобретение относится к области цветной металлургии, в частности к производству глинозема, и может быть использовано для переработки щелочного алюмосиликатного сырья методом спекания.The invention relates to the field of non-ferrous metallurgy, in particular to the production of alumina, and can be used for processing alkaline aluminosilicate raw materials by sintering.
Известен способ переработки щелочного алюмосиликатного сырья, включающий приготовление шихты из нефелиновой руды, известняка и оборотных продуктов, ее спекание при температуре 1250-1300°С и переработку спека [Производство глинозема / Лайнер А.И., Еремин Н.И., Лайнер Ю.А., Певзнер И.З. - М.: Металлургия, 1978. - С.185-189].A known method of processing alkaline aluminosilicate raw materials, including the preparation of a mixture of nepheline ore, limestone and circulating products, its sintering at a temperature of 1250-1300 ° C and the processing of cake [Alumina production / Liner A.I., Eremin N.I., Liner Yu. A., Pevzner I.Z. - M .: Metallurgy, 1978. - S.185-189].
Недостатками этого способа являются низкое извлечение глинозема из спека и высокая температура спекания.The disadvantages of this method are the low extraction of alumina from the cake and the high sintering temperature.
Наиболее близким является способ, включающий приготовление шихты из нефелиновой руды с интенсифицирующими добавками фторидов CaF2, NaF, AlF3, Na2SiF6 в количестве от 0,1 до 0,3% и угля 1,5-2% от массы сухой шихты, ее спекание при 1220-1280°С и переработку спека [Производство глинозема/ Лайнер А.И., Еремин Н.И., Лайнер Ю.Л., Певзнер И.З. - М.: Металлургия, 1978. - с.231-232, (прототип)]. Он является наиболее целесообразным по величине извлечения глинозема из спека в раствор, которое достигается выше на 5-10%, и температуре спекания более низкой.The closest is the method, including the preparation of a mixture of nepheline ore with intensifying additives of fluorides CaF 2 , NaF, AlF 3 , Na 2 SiF 6 in an amount of from 0.1 to 0.3% and coal 1.5-2% by weight of the dry charge , its sintering at 1220-1280 ° С and the processing of cake [Alumina production / Liner A.I., Eremin N.I., Liner Yu.L., Pevzner I.Z. - M .: Metallurgy, 1978. - p.231-232, (prototype)]. It is most appropriate for the extraction of alumina from the cake into the solution, which is achieved by 5-10% higher, and the sintering temperature is lower.
Однако указанный способ также имеет недостатки:However, this method also has disadvantages:
- используемые интенсифицирующие добавки фторидов дефицитные и дорогие;- used intensifying fluoride additives are scarce and expensive;
- применяемый в качестве добавки к шихте уголь относительно дорогой и вводимый в количестве 1,5-2% от массы сухой шихты, что составляет ~15% от общего расхода топлива в печи, снижает лучистый теплообмен в зоне спекания;- coal used as an additive to the charge is relatively expensive and introduced in an amount of 1.5-2% by weight of the dry charge, which is ~ 15% of the total fuel consumption in the furnace, reduces radiant heat transfer in the sintering zone;
- отмечается повышенный химический недожог введенного в шихту угля, так как летучие угля выделяются при низких температурах, что приводит к повышенному расходу топлива на спекание, и появляется опасность взрыва («хлопка») в электрофильтрах при очистке печных газов от пыли из-за содержания в них CO2;- there is an increased chemical underburning of the coal introduced into the charge, since volatile coal is released at low temperatures, which leads to increased fuel consumption for sintering, and there is a danger of explosion (“cotton”) in electrostatic precipitators when cleaning furnace gases from dust due to them CO 2 ;
- требуется достаточно большая температура спекания (1220-1280°С), что приводит к повышенному расходу топлива на спекание.- requires a sufficiently high sintering temperature (1220-1280 ° C), which leads to increased fuel consumption for sintering.
Эти недостатки способа-прототипа значительно уменьшают его преимущества, заключающиеся в максимальном извлечении глинозема из спека и меньшей температуре спекания, и даже ставят под сомнение возможность осуществления самого процесса спекания в промышленных вращающихся печах из-за появления опасности взрыва.These disadvantages of the prototype method significantly reduce its advantages, consisting in the maximum extraction of alumina from the cake and lower sintering temperature, and even cast doubt on the possibility of the sintering process in industrial rotary kilns due to the risk of explosion.
Техническим результатом изобретения является снижение затрат на интенсифицирующие добавки в шихту, обезвреживание и эффективная утилизация в крупном масштабе экологически опасных фторуглеродсодержащих отходов алюминиевого производства, уменьшение химического недожога введенного в шихту углерода и опасности взрыва в электрофильтрах, снижение температуры спекания и расхода топлива на спекание, повышение качества спека и дополнительный выпуск глинозема и щелочей.The technical result of the invention is to reduce the cost of intensifying additives in the charge, neutralization and efficient disposal on a large scale of environmentally hazardous fluorocarbon-containing aluminum production wastes, reducing chemical underburning of carbon introduced into the charge and the risk of explosion in electrostatic precipitators, reducing sintering temperature and fuel consumption for sintering, and improving quality sinter and additional release of alumina and alkalis.
Технический результат достигается тем, что в способе переработки щелочного алюмосиликатного сырья, включающем приготовление шихты с интенсифицирующими добавками фторидов и угля, ее спекание и переработку спека, новым является то, что в качестве интенсифицирующей добавки используют фторуглеродсодержащие отходы алюминиевого производства в количестве 0,2-2,5% от массы сухой шихты, спекают при температуре 1150°-1260°С и спек выщелачивают.The technical result is achieved by the fact that in the method of processing alkaline aluminosilicate raw materials, including the preparation of a mixture with intensifying additives of fluorides and coal, its sintering and processing of cake, it is new that fluorocarbon-containing aluminum production wastes are used as an intensifying additive in an amount of 0.2-2 , 5% by weight of the dry mixture, is sintered at a temperature of 1150 ° -1260 ° C and the cake is leached.
При производстве алюминия электролизом растворенного глинозема в расплаве фтористых солей (960°С) происходит хроническое образование высокотоксичных фторуглеродсодержащих отходов - отработанной угольной футеровки электролизеров и тонкодисперсного шлама с содержанием углерода 25-70%, фтора 6-16%, натрия 6-19%, алюминия 4-10%, серы 0,1-0,3%, небольшого количества (до 1%) цианидов (CN общий) и других компонентов. Наибольшую опасность в твердых отходах представляют водорастворимые фториды, например NaF, и цианиды. По самым скромным оценкам в мире скопилось несколько десятков миллионов тонн таких отходов. Например, объем образования шлама на Красноярском алюминиевом заводе составляет 19-22 тыс. тонн/год (накоплено с момента пуска более 800 тыс. тонн), на Иркутском алюминиевом заводе более 15 тыс. тонн/год и отработанной угольной футеровки более 10 тыс. тон/год. Отходы алюминиевых заводов в основном складируются на шламовых полях и складах твердых отходов (СТО). В составе СТО обычно предусматриваются завод по обезвреживанию отходов и участок их захоронения (карты и котлованы). Эксплуатация полигона отходов отвлекает значительные ресурсы на рекультивацию старых и строительство новых карт для складирования отходов. Ежегодно увеличивается плата за размещение отходов.In the production of aluminum by electrolysis of dissolved alumina in a fluoride salt melt (960 ° C), highly toxic fluorocarbon-containing wastes are produced chronicly - spent coal lining of electrolyzers and fine sludge with 25-70% carbon, 6-16% fluorine, 6-19% sodium, aluminum 4-10%, sulfur 0.1-0.3%, a small amount (up to 1%) of cyanides (CN total) and other components. The greatest danger in solid waste is water-soluble fluorides, such as NaF, and cyanides. According to the most conservative estimates, several tens of millions of tons of such waste have accumulated in the world. For example, the volume of sludge at the Krasnoyarsk aluminum smelter is 19-22 thousand tons / year (accumulated since the launch of more than 800 thousand tons), at the Irkutsk aluminum factory more than 15 thousand tons / year and the spent coal lining of more than 10 thousand tons /year. Waste from aluminum smelters is mainly stored in sludge fields and solid waste storage facilities (STOs). The composition of the service station usually includes a waste disposal plant and a landfill (maps and pits). The operation of the waste landfill diverts significant resources for the reclamation of old and the construction of new maps for waste storage. Waste disposal fees increase annually.
Поэтому переработка этих отходов, отдаваемых потребителям даже бесплатно, с целью извлечения и повторного использования содержащихся в них полезных веществ (углерода, алюминия, натрия, фтора), способствует снижению себестоимости алюминия и улучшению состояния окружающей среды.Therefore, the processing of these wastes, given to consumers even for free, in order to extract and reuse the beneficial substances contained in them (carbon, aluminum, sodium, fluorine), helps to reduce the cost of aluminum and improve the environment.
Известно несколько разработанных способов утилизации рассматриваемых отходов, однако до промышленной реализации доведены лишь некоторые из них и только для отработанной футеровки из-за низкой эффективности или по экономическим соображениям.Several developed methods for the disposal of the waste in question are known, however, only some of them have been brought to commercial implementation and only for spent lining due to low efficiency or for economic reasons.
В Китае на алюминиевом заводе в Шандуне (Переработка и повторное использование отработанной подины: Практика использования в Китае // Light Metals, 1994. - С.269-273) и в России на Богословском алюминиевом заводе (Истомин С.П. Проблемы использования фторсодержащих отходов криолитовых и алюминиевых заводов // Цветные металлы. 2002, №1. - С.63-67) отработанные подины электролизеров смешиваются в количестве до 1% от всей спекательной шихты и спекаются с бокситом, содой, известняком и другими материалами. При спекании цианиды разрушаются и детоксифицируются по реакции:In China, at the aluminum plant in Shandong (Recycling and reuse of waste bottom: Practical use in China // Light Metals, 1994. - P.269-273) and in Russia at the Bogoslovsky aluminum plant (Istomin S.P. Problems of the use of fluorine-containing wastes cryolite and aluminum plants // Non-ferrous metals. 2002, No. 1. - P.63-67) spent hearths of electrolyzers are mixed in an amount up to 1% of the entire sintering mixture and sintered with bauxite, soda, limestone and other materials. During sintering, cyanides are destroyed and detoxified by the reaction:
А растворимый фторид натрия, реагируя с известью, превращается в нерастворимый по химическим реакциям:And soluble sodium fluoride, reacting with lime, turns into insoluble by chemical reactions:
Однако объем перерабатываемых отходов на каждом из заводов не превышает 2000 т/год по причине невысокой эффективности процесса. Это связано с тем, что спекательные бокситы содержат 20-25% Fe2O3 и 5-10% SiO2, шихты на их основе легкоплавкие и спекаются даже без добавки фторуглеродсодержащих отходов при температуре 1150-1200°С. Введение в такие шихты легкоплавких отходов увеличивает еще больше плавкость шихты, и в промышленных печах образуются настыли, осложняющие работу печей и ухудшающие качество спека. Кроме того, известняк дозируется в такие шихты в сравнительно небольшом количестве (из расчета 2 моля CaO на каждый моль SiO2) из-за малого содержания кремнезема в бокситах, а известковый шлам после обескремнивания алюминатных растворов с добавкой известкового молока Ca(OH)2 вообще не дозируется, так как в технологической схеме переработки таких бокситов отсутствует эта операция, потому что они перерабатываются по комбинированной схеме Байер-спекание, а не по способу спекания. В комбинированных схемах Байер-спекание спекательная ветвь занимает всего 15-20% по выпуску глинозема (100-200 тыс. тонн/год). По причине сравнительно небольшого содержания известняка в шихте фторид натрия при спекании не полностью переходит в CaF2 по реакции 8.However, the volume of recyclable waste at each of the plants does not exceed 2000 t / year due to the low efficiency of the process. This is due to the fact that sintering bauxites contain 20–25% Fe 2 O 3 and 5–10% SiO 2 , the charges based on them are fusible and sinter even without the addition of fluorocarbon-containing wastes at a temperature of 1150–1200 ° C. The introduction of fusible waste into such blends increases the fusibility of the charge even more, and in industrial furnaces accretions are formed that complicate the operation of the furnaces and impair the quality of the cake. In addition, limestone is dosed in such batches in a relatively small amount (at the rate of 2 moles of CaO for each mole of SiO 2 ) due to the low silica content in bauxite, and lime mud after desalination of aluminate solutions with the addition of lime milk Ca (OH) 2 in general It is not dosed, because this operation is absent in the technological scheme for processing such bauxites, because they are processed according to the combined Bayer-sintering scheme, and not according to the sintering method. In combined Bayer-sintering schemes, the sinter branch occupies only 15-20% of the production of alumina (100-200 thousand tons / year). Due to the relatively low content of limestone in the mixture, sodium fluoride during sintering does not completely convert to CaF 2 by reaction 8.
Нефелиновые руды в плане добавки к нему фторуглеродсодержащих отходов выгодно отличаются от бокситов, так как содержат 40-44% SiO2 и 2-6% Fe2O3, то есть кремнезема в 3-8 раз больше, а оксида железа в 4-8 раз меньше. Причем глинозем, присутствующий в щелочном алюмосиликатном сырье в количестве 25-30%, находится в составе минерала нефелина (Na,K)2O·Al2O3·2SiO2, трудноразлагаемого при спекании, которое проводится без добавок отходов при температуре 1250-1300°С, в то время как в бокситах содержится глинозема 40-58%, находящегося в составе гидроксидов - AlOOH, Al(OH)3, легкоразлагаемых при нагреве до 500°С. В связи с этим на 1 т глинозема в спекательную шихту при переработке щелочного алюмосиликатного сырья необходимо дозировать известняка в 5-15 раз больше, чем при переработке бокситов. Поэтому при спекании NaF, добавляемый в шихту фторуглеродсодержащих отходов, более полно переходит в CaF2, т.е. более полно обезвреживается, появляется возможность увеличения добавки отходов в шихту до 2,5% масс., без образования настылей во вращающихся печах спекания, т.к. шихта более тугоплавкая.In terms of adding fluorocarbon-containing wastes to it, nepheline ores favorably differ from bauxite, since they contain 40-44% SiO 2 and 2-6% Fe 2 O 3 , that is, silica is 3-8 times more, and iron oxide 4-8 times less. Moreover, the alumina present in the amount of 25-30% in alkaline aluminosilicate raw materials is part of the nepheline mineral (Na, K) 2 O · Al 2 O 3 · 2SiO 2 , which is difficult to decompose during sintering, which is carried out without additives at a temperature of 1250-1300 ° С, while bauxite contains 40-58% alumina, which is a part of hydroxides - AlOOH, Al (OH) 3 , which are easily decomposed when heated to 500 ° С. In this regard, per 1 ton of alumina in the sintering mixture during the processing of alkaline aluminosilicate raw materials, it is necessary to dose limestone 5-15 times more than in the processing of bauxite. Therefore, during sintering, NaF, which is added to the mixture of fluorocarbon-containing waste, is more fully converted to CaF 2 , i.e. more fully neutralized, it becomes possible to increase the addition of waste to the charge up to 2.5% by mass, without the formation of crusts in rotary sintering furnaces, as charge is more refractory.
При переработке щелочного алюмосиликатного сырья по способу спекания в шихту добавляются оборотные продукты - известковый шлам после второй стадии обескремнивания алюминатных растворов, содержащий Ca(OH)2, и содовый раствор (Na2CO3), которые оказывают также положительное влияние на процесс спекания щелочного алюмосиликатного сырья с добавками фторуглеродсодержащих отходов по следующим причинам.When processing alkaline aluminosilicate raw materials by the sintering method, circulating products are added to the charge — lime sludge after the second stage of desalination of aluminate solutions containing Ca (OH) 2 and soda solution (Na 2 CO 3 ), which also have a positive effect on the sintering process of alkaline aluminosilicate raw materials with the addition of fluorocarbon-containing waste for the following reasons.
Спекание влажной шихты в промышленности осуществляется во вращающихся трубчатых печах по принципу противотока спекаемого материала горячих газов от сгорания топлива и удаляющихся из спекаемого материала. Поэтому часть фторидов при спекании шихты в печи неизбежно реагирует с горячим паром воды, содержащимся в газах, по реакциям:Sintering of the wet charge in industry is carried out in rotary tube furnaces according to the principle of countercurrent sintering of hot gas material from fuel combustion and removed from the sintered material. Therefore, part of the fluorides during sintering of the charge in the furnace inevitably reacts with hot water vapor contained in the gases, according to the reactions:
В результате этих реакций в газовой фазе появляется HF, а в спеке - алюминат натрия (NaAlO2), образующийся из фторидов фторуглеродсодержащих отходов, хорошо переходящий в раствор при последующем его выщелачивании и увеличивающий выпуск глинозема и щелочей.As a result of these reactions, HF appears in the gas phase and sodium aluminate (NaAlO 2 ) in the gas phase, which is formed from fluorides of fluorocarbon-containing wastes, passes well into the solution during its subsequent leaching, and increases the release of alumina and alkalis.
Большая же часть фторидов шихты при спекании превращается по реакции 8 в нерастворимый CaF2, уходящий со шламом на шламовое поле, а некоторая небольшая часть остается в спеке в виде растворимого NaF, при выщелачивании переходит в раствор и далее в конечные товарные продукты (глинозем, содопродукты и др.), загрязняя их и ухудшая качество. Очевидно, чем больше в спекаемой шихте содержится CaCO3, как при переработке щелочного алюмосиликатного сырья, тем меньше остается в спеке неразложившегося фторида натрия и улучшается качество товарных продуктов, а также появляется возможность повысить дозировку фторуглеродсодержащих отходов в шихту до 2,5%.However, most of the fluoride mixture during sintering is converted by reaction 8 to insoluble CaF 2 , leaving the sludge to the sludge field, and a small part remains in the cake as soluble NaF, when leached, it passes into solution and then into final commercial products (alumina, soda products etc.), polluting them and worsening the quality. Obviously, the more CaCO 3 is contained in the sintered charge, as in the processing of alkaline aluminosilicate raw materials, the less remains of undecomposed sodium fluoride in the cake and the quality of marketable products improves, and it becomes possible to increase the dosage of fluorocarbon-containing waste in the charge to 2.5%.
Кроме того, фтористый водород, образующийся по реакциям 9, 10, 11 и 12 и содержащийся в газе, при соприкосновении со спекаемым материалом, содержащим много CaO, образующимся по реакции, частично улавливается, превращаясь в CaF2 по реакции:In addition, hydrogen fluoride formed in reactions 9, 10, 11 and 12 and contained in a gas, in contact with a sintered material containing a lot of CaO formed by the reaction, is partially captured, turning into CaF 2 by the reaction:
а при соприкосновении с жидкой фазой спекаемой шихты, содержащей Ca(OH)2 и Na2CO3, улавливается, переходя в NaF и CaF2 по реакциям:and in contact with the liquid phase of the sintered mixture containing Ca (OH) 2 and Na 2 CO 3 is captured, passing into NaF and CaF 2 according to the reactions:
Вероятность выделения в газовую фазу HF требует проведения опытно-промышленных испытаний, в ходе которых будет определена оптимальная дозировка шлама в шихту. Добавляемые в шихту фторуглеродсодержащие отходы уже прошли высокотемпературную обработку в процессе получения алюминия электролизом при температуре 960°С, при которой низкотемпературные летучие углерода уже удалились, и они не выделяются при низких температурах спекания во вращающихся печах, за счет чего значительно уменьшается недожог углерода шихты, снижается общий расход топлива на спекание и опасность взрыва в электрофильтрах в результате ликвидации или существенного уменьшения содержания CO в очищаемых от пыли газах.The probability of release of HF into the gas phase requires pilot tests to determine the optimal dosage of sludge to the charge. The fluorocarbon-containing wastes added to the mixture have already undergone high-temperature processing in the process of aluminum production by electrolysis at a temperature of 960 ° С, at which low-temperature volatile carbon has already been removed and they are not released at low sintering temperatures in rotary kilns, due to which the under-burning of the charge carbon is significantly reduced, and total fuel consumption for sintering and the risk of explosion in electrostatic precipitators as a result of elimination or a significant reduction in the CO content in dust-purified gases.
Кроме того, добавляемые в шихту фторуглеродсодержащие отходы при переработке щелочного алюмосиликатного сырья смещают температуры начала и конца термической диссоциации известняка при спекании (по реакции 5) в низкотемпературную область на 30-60°С, увеличивают скорость твердофазных химических реакций при спекании, что позволяет снизить температуру спекания на 50-100°C (с 1250-1300°C до 1150-1260°C в зависимости от количества добавки отходов) и расход топлива на спекание, повысить качество спека и обеспечить дополнительный выпуск глинозема и щелочей.In addition, fluorocarbon-containing wastes added to the mixture during processing of alkaline aluminosilicate raw materials shift the temperature of the beginning and end of thermal dissociation of limestone during sintering (according to reaction 5) to the low-temperature region by 30-60 ° С, increase the rate of solid-phase chemical reactions during sintering, which reduces the temperature sintering at 50-100 ° C (from 1250-1300 ° C to 1150-1260 ° C, depending on the amount of waste addition) and fuel consumption for sintering, improve the quality of the cake and provide an additional release of alumina and alkali.
Снижение температур начала и конца диссоциации известняка объясняется горением углерода при 600-800°С, сопровождающимся выделением тепла и увеличением температуры в слое шихты, которая становится больше, чем в самой зоне данной печи. Чем ниже температура превращения известняка в известь, тем ниже температура и выше скорость прохождения основной реакции спекообразования при спекании шихты из щелочного алюмосиликатного сырья:The decrease in the temperatures of the beginning and end of limestone dissociation is explained by the combustion of carbon at 600-800 ° C, accompanied by heat generation and an increase in temperature in the charge layer, which becomes greater than in the zone of this furnace itself. The lower the temperature of the conversion of limestone to lime, the lower the temperature and the higher the rate of passage of the main sintering reaction during sintering of the mixture from alkaline aluminosilicate raw materials:
тем шире при прочих равных условиях температурная площадка спекообразования и, следовательно, выше качество спека, заключающееся в большем извлечении глинозема и щелочей из нефелина из-за более полного прохождения реакции 20. Последнее обеспечивает дополнительный выпуск глинозема и щелочей.the wider, ceteris paribus, the temperature platform for speciation and, consequently, the higher quality of the cake, consisting in a greater extraction of alumina and alkalis from nepheline due to a more complete reaction 20. The latter provides an additional release of alumina and alkalis.
Повышение качества спеков обеспечивают также и фториды, присутствующие в дозируемых отходах и образовавшиеся при спекании шихты. Обладая низкими температурами плавления и способностью образовывать плавкие эвтектики (например, NaF и CaF2 образуют эвтектику с температурой плавления 810°С), они вызывают появление жидкой фазы в спеке уже при 800-1000°С, которая увеличивает коэффициенты диффузии компонентов и скорость твердофазных реакций, то есть в присутствии жидкой фазы твердофазные реакции при спекании шихты протекают быстрее и полнее. Кроме того, жидкая фаза заполняет структуру следов, обволакивает твердые частицы, в результате спеки уплотняются и становятся прочнее, что очень важно иметь при последующем их двухстадийном выщелачивании в трубчатых аппаратах и стержневых мельницах, чтобы они не истирались и не образовывали мелкодисперсный шлам, приводящий к высоким вторичным потерям ценных компонентов.Improving the quality of the cakes also provide fluorides present in the dosed waste and formed during sintering of the charge. Having low melting points and the ability to form fusible eutectics (for example, NaF and CaF 2 form a eutectic with a melting point of 810 ° C), they cause the appearance of a liquid phase in the cake already at 800-1000 ° C, which increases the diffusion coefficients of the components and the rate of solid-phase reactions that is, in the presence of a liquid phase, solid-phase reactions during sintering of a charge proceed faster and more fully. In addition, the liquid phase fills the structure of the traces, envelops solid particles, as a result, specs become denser and stronger, which is very important to have during their subsequent two-stage leaching in tubular apparatuses and rod mills so that they do not fray and form fine sludge, leading to high secondary loss of valuable components.
Таким образом, дополнительный выпуск глинозема и щелочей в предлагаемом способе обеспечивается более полным их извлечением из щелочного алюмосиликатного сырья за счет расширения площадки спекообразования и увеличения скорости реакций при спекании, так и извлечением части их из добавляемых фторуглеродсодержащих отходов по реакциям 9-14. Вместе с тем, с появлением в спеке большого количества жидкой фазы и значительной усадкой их, в промышленных вращающихся печах наблюдается интенсивное настылеобразование, сильно осложняющее нормальное ведение процесса спекания, и при этом спеки получаются низкопористыми из-за заплавления в них пор и каналов, что приводит к ухудшению качества спеков, так как при последующем их выщелачивании снижается извлечение ценных компонентов.Thus, the additional release of alumina and alkalis in the proposed method is ensured by their more complete extraction from alkaline aluminosilicate raw materials due to the expansion of the sintering site and an increase in the reaction rate during sintering, as well as the recovery of some of them from the added fluorocarbon-containing waste according to reactions 9-14. At the same time, with the appearance of a large amount of the liquid phase in the cake and their significant shrinkage, in the industrial rotary kilns there is an intense deposit formation, which greatly complicates the normal conduct of the sintering process, and at the same time the specs are low-porous due to the melting of pores and channels in them, which leads to to deterioration of the quality of the cakes, since the subsequent leaching reduces the extraction of valuable components.
Поэтому верхний предел добавки фторуглеродсодержащих отходов в шихту для спекания щелочного алюмосиликатного сырья - 2,5% - обусловлен снижением качества спеков, уменьшением дополнительного выпуска глинозема и щелочей, настылеобразованием во вращающихся печах, повышением содержания HF в отходящих газах печей спекания выше установленных санитарных норм, возможностью загрязнения товарных продуктов фтором выше допустимого предела по ГОСТу.Therefore, the upper limit of the addition of fluorocarbon-containing wastes to the mixture for sintering alkaline aluminosilicate raw materials — 2.5% —is due to a decrease in the quality of the cakes, a decrease in the additional release of alumina and alkalis, dust formation in rotary kilns, an increase in the HF content in the exhaust gases of sintering furnaces above established sanitary standards, and the possibility fluoride contamination of commercial products is above the permissible limit according to GOST.
Нижний предел интенсифицирующей добавки фторуглеродсодержащих отходов - 0,2% - обусловлен повышением качества спека, т.е. улучшением физико-химических свойств его, а именно: увеличением прочности и дополнительным выпуском глинозема и щелочей, снижением температуры спекания и расхода топлива на спекание, уменьшением химического недожога введенного в шихту углерода и опасности взрыва в электрофильтрах, снижением затрат на интенсифицирующие добавки в шихту фторидов и углерода, возможностью обезвреживания и утилизации экологически опасных фторуглеродсодержащих отходов алюминиевого производства.The lower limit of the intensifying additive of fluorocarbon-containing waste - 0.2% - is due to an increase in the quality of the cake, i.e. improvement of its physicochemical properties, namely, an increase in strength and an additional release of alumina and alkalis, a decrease in the sintering temperature and fuel consumption for sintering, a decrease in the chemical underburning of carbon introduced into the charge and the risk of explosion in electrostatic precipitators, and a decrease in the cost of intensifying additives in the charge of fluorides and carbon, the possibility of neutralizing and disposing of environmentally hazardous fluorocarbon-containing waste from aluminum production.
Таким образом, использование фторуглеродсодержащих отходов алюминиевого производства, например шлама, в качестве интенсифицирующих добавок фторидов и угля для приготовления шихты к спеканию в количестве 0,2-2,5% от массы сухой шихты из щелочного алюмосиликатного сырья, позволяет снизить затраты на интенсифицирующие добавки в шихту, обезвредить и эффективно утилизировать в крупном масштабе экологически опасные фторуглеродсодержащие отходы алюминиевого производства, уменьшить температуру спекания шихты и расход топлива на спекание за счет смещения температуры разложения известняка и начала спекообразования в низкотемпературную область и увеличения скорости твердофазных реакций при спекании шихты из-за появления в ней жидкой фазы при 800-1000°С в результате плавления легколетучих фторидов и эвтектик из них, повысить качество спека путем увеличения его прочности и более полного превращения глинозема сырья и алюминия отходов в хорошо растворимые при выщелачивании алюминаты щелочных металлов, обеспечивая этим дополнительный выпуск глинозема и щелочей, уменьшить химический недожог введенного с отходами в шихту углерода без низкотемпературных летучих вместо угля с низкотемпературными летучими и за счет этого уменьшить опасность взрыва в электрофильтрах, т.е. в целом позволяет более эффективно решить задачу переработки щелочного алюмосиликатного сырья и, кроме этого - попытка более эффективно решить проблему утилизации фторуглеродсодержащих отходов алюминиевого производства. Следовательно, заявляемый способ переработки щелочного алюмосиликатного сырья соответствует критериям "новизна" и "изобретательский уровень".Thus, the use of fluorocarbon-containing wastes from aluminum production, for example, sludge, as intensifying additives of fluorides and coal for preparing the mixture for sintering in an amount of 0.2-2.5% by weight of the dry mixture from alkaline aluminosilicate raw materials, can reduce the cost of intensifying additives in charge, neutralize and efficiently dispose on a large scale environmentally hazardous fluorocarbon-containing aluminum production wastes, reduce the sintering temperature of the charge and fuel consumption for sintering for even the displacement of the decomposition temperature of limestone and the onset of speciation in the low-temperature region and the increase in the rate of solid-phase reactions during sintering of the charge due to the appearance of a liquid phase at 800-1000 ° C as a result of melting of volatile fluorides and eutectics from them, to improve the quality of the cake by increasing its strength and more complete conversion of alumina raw materials and aluminum waste into alkali metal aluminates that are highly soluble during leaching, providing an additional release of alumina and alkali, and to reduce the chemical cue underburning injected waste into low-temperature carbon without charge instead volatile coal with volatile low temperature and thus reduce the risk of explosion in electrostatic, i.e. in general, it allows more efficiently solving the problem of processing alkaline aluminosilicate raw materials and, in addition, an attempt to more efficiently solve the problem of utilization of fluorocarbon-containing waste from aluminum production. Therefore, the inventive method of processing alkaline aluminosilicate raw materials meets the criteria of "novelty" and "inventive step".
Заявляемый способ был осуществлен в лабораторном масштабе. В качестве щелочного алюмосиликатного сырья использовали нефелиновую руду Кия-Шалтырского месторождения, перерабатываемую на Ачинском глиноземном комбинате (АГК), содержащую, % масс.: 27,2 Al2O3; 11,1 Na2O; 3,0 K2O; 39,9 SiO2; 7,8 CaO; 4,4 Fe2O3; 1,3 MgO; 0,3 TiO2; 0,38 P2O5; 0,26 SO3 -, 0,22 Cl-, 4,0 п.п.п. (потери при прокаливании), а в качестве шихтуемых материалов применяли углекислый натрий, углекислый кальций, фторид натрия и активированный уголь марки "ч.д.а".The inventive method was carried out on a laboratory scale. As alkaline aluminosilicate raw materials used nepheline ore Kiya-Shaltyrskogo deposits processed at the Achinsk Alumina Refinery (AGC), containing,% wt .: 27.2 Al 2 O 3 ; 11.1 Na 2 O; 3.0 K 2 O; 39.9 SiO 2 ; 7.8 CaO; 4.4 Fe 2 O 3 ; 1.3 MgO; 0.3 TiO 2 ; 0.38 P 2 O 5 ; 0.26 SO 3 - , 0.22 Cl - , 4.0 p.p.p. (loss due to calcination), and sodium carbonate, calcium carbonate, sodium fluoride and activated carbon of the grade “ch.da” were used as charge materials.
Для спекания выбрана насыщенная шихта как наиболее изученная и широко применяемая в производстве, с молекулярными отношениями основных компонентовFor sintering, a saturated mixture was selected as the most studied and widely used in production, with molecular ratios of the main components
(Na2O+K2O)/(Al2O3+Fe2O3)=1,05; CaO/SiO2=2,0; CaO/TiO2=1,0.(Na 2 O + K 2 O) / (Al 2 O 3 + Fe 2 O 3 ) = 1.05; CaO / SiO 2 = 2.0; CaO / TiO 2 = 1.0.
В качестве фторуглеродсодержащих отходов алюминиевого производства использовали шлам ОАО "Красноярский алюминиевый завод" (КрАЗ), представляющий собой механическую смесь пыли электрофильтров, шлама мокрой ступени газоочистки, хвостов флотации угольной пены и отобранный из шламохранилища. Он содержит, % масс.: 8,15 Al; 0,15 Si; 0,97 Fe; 0,01 Ti; 0,76 Ca; 0,27 Mg; 6,46 Na; 1,06 K; 7,085 R (R=Na+K в пересчете на Na=6,46+1,06/39·23=7,085); 1,25 S; 10,31 F; 51,6 С; 58,11 п.п.п. (содержание п.п.п. почти полностью относится за счет углерода).The fluorocarbon-containing wastes of aluminum production used the sludge of OJSC Krasnoyarsk Aluminum Plant (KrAZ), which is a mechanical mixture of dust from electrostatic precipitators, sludge from a wet gas cleaning stage, coal foam flotation tailings and taken from the sludge storage facility. It contains,% mass .: 8.15 Al; 0.15 Si; 0.97 Fe; 0.01 Ti; 0.76 Ca; 0.27 Mg; 6.46 Na; 1.06 K; 7.085 R (R = Na + K in terms of Na = 6.46 + 1.06 / 39.23 = 7.085); 1.25 s; 10.31 F; 51.6 C; 58.11 p.p.p. (the content of ppp is almost entirely attributable to carbon).
Предварительно высушенные и измельченные до крупности - 0,08 мм материалы шихты тщательно перемешивали, затем брикетировали на механическом прессе при удельном давлении - 200 кг/см2 и спекали в корундовых тиглях при 1220 и 1270°C. Подъем температуры до заданной осуществляли со скоростью 15-20°C/мин, затем следовала выдержка в течение 1 часа. Спеки охлаждали вместе с печью до 400°C, а далее до комнатной температуры на воздухе. Внешний вид полученных при температуре спекания 1220 и 1270°C спеков из шихт, составленных из нефелиновой руды, с различными добавками шлама, показан на чертеже. Затем спеки измельчали до крупности - 0,08 мм и выщелачивали по стандартной методике содощелочным раствором, содержащим 3,4 г/дм3 Na2Oк и 4,8 г/дм3 Na2Oy, при отношении жидкого к твердому - 20, температуре 70°C в течение 7 минут. Извлечения глинозема и щелочей из спеков в раствор при выщелачивании рассчитывали по анализу шламов, которые приведены в таблице.Pre-dried and crushed to a particle size of 0.08 mm, the charge materials were thoroughly mixed, then briquetted on a mechanical press at a specific pressure of 200 kg / cm 2 and sintered in corundum crucibles at 1220 and 1270 ° C. Raising the temperature to a predetermined temperature was carried out at a rate of 15-20 ° C / min, then followed by exposure for 1 hour. The specs were cooled together with the oven to 400 ° C, and then to room temperature in air. The appearance obtained at a sintering temperature of 1220 and 1270 ° C of the sinter from the mixture, composed of nepheline ore, with various additives of sludge, shown in the drawing. Then the specs were ground to a particle size of 0.08 mm and leached according to the standard procedure with a co-alkaline solution containing 3.4 g / dm 3 Na 2 Oc and 4.8 g / dm 3 Na 2 Oy, with a liquid to solid ratio of 20, temperature 70 ° C for 7 minutes. Extraction of alumina and alkali from the cakes to the solution during leaching was calculated by analysis of sludge, which are shown in the table.
Кроме того, брикеты полученных спеков подвергали испытанию на прочность на прессе и динамометром. За предел прочности спека принимали способность брикета выдерживать максимальную нагрузку на сжатие без разрушения. Усадку спеков от шихт рассчитывали по размерам брикетов шихт и спеков.In addition, the briquettes of the obtained cakes were subjected to a strength test on a press and a dynamometer. The briquette strength was taken to be the ability of the briquette to withstand the maximum compressive load without fracture. The shrinkage of the cakes from the mixture was calculated by the size of the briquettes of the mixture and cakes.
Для оценки количества утилизируемых шламов, дополнительного выпуска ценных компонентов и ожидаемого экономического эффекта при переработке щелочного алюмосиликатного сырья с различными добавками фторуглеродсодержащих отходов выполнены расчеты, результаты которых приведены также в таблице.To estimate the amount of utilized sludge, additional release of valuable components and the expected economic effect in the processing of alkaline aluminosilicate raw materials with various additives of fluorocarbon-containing wastes, calculations were performed, the results of which are also shown in the table.
Анализ результатов экспериментов и расчеты показывают, что переработка щелочного алюмосиликатного сырья по прототипу, т.е. без подачи на приготовление шихты для спекания фторуглеродсодержащих отходов алюминиевого производства (шлама), но с подачей 0,1% масс. фторида натрия и 1% масс. угля, характеризуется в целом более низкими показателями:Analysis of experimental results and calculations show that the processing of alkaline aluminosilicate raw materials according to the prototype, i.e. without filing for the preparation of a mixture for sintering fluorocarbon-containing waste from aluminum production (sludge), but with a feed of 0.1% of the mass. sodium fluoride and 1% of the mass. coal, characterized by generally lower rates:
1) спек менее прочный, имеет низкую усадку, т.е. по физическим свойствам менее качественный и не в полной мере удовлетворяет требованиям технологии процессов спекания и выщелачивания спека (см. чертеж и таблицу);1) the spec is less strong, has a low shrinkage, i.e. in terms of physical properties, it is of less quality and does not fully satisfy the requirements of the technology of sintering and leaching of sinter (see drawing and table);
2) по химическим свойствам спек также получается низкого качества, т.к. содержание глинозема в нем меньше, и он не обеспечивает дополнительного выпуска ценных компонентов - глинозема и щелочей, чем спеки, полученные из щелочного алюмосиликатного сырья с добавкой шлама, имеющего в своем составе частично извлекаемые алюминий и щелочи (см. таблицу). Отметим, что содержание алюминия и щелочей в пересчете на Al2O3 и R2O в шламе (без учета углерода, т.к. он сгорает при спекании) намного выше, чем в спекаемой шихте, которые соответственно равны: в шламе 36,75% Al2O3 и 22,8% R2O, в шихте 11,82% Al2O3 и 8,25% R2O;2) for the chemical properties of the spec also low quality, because the alumina content in it is less, and it does not provide an additional release of valuable components - alumina and alkalis, than specimens obtained from alkaline aluminosilicate raw materials with the addition of sludge, which includes partially recoverable aluminum and alkalis (see table). Note that the content of aluminum and alkalis in terms of Al 2 O 3 and R 2 O in the sludge (excluding carbon, since it burns during sintering) is much higher than in the sintered charge, which are respectively equal: in sludge 36, 75% Al 2 O 3 and 22.8% R 2 O, in a charge 11.82% Al 2 O 3 and 8.25% R 2 O;
3) для спекания шихты без добавок шлама требуется более высокая температура спекания. Например, для шихты без добавки шлама она должна быть больше 1220°С ~ вплоть до 1270°С, т.к. при 1220°С спек получается непрочным, практически не оплавленным (усадка 2,6%, предел прочности спека 156,6 кгс/см2, в то время как для спекания шихты уже с добавкой шлама 0,7% масс. достаточна температура спекания 1220°С (усадка 4,25%, предел прочности спека 197,8 кгс/см2), с добавкой шлама 1,4% масс. она должна быть меньше 1220°С, т.е. - 1200°С, т.к. при 1220°С усадка спека высокая (7,5%), предел прочности большой (221,3 кгс/см2), с добавкой шлама 2,1% масс. она должна быть еще меньше - 1180°С, т.к спек, полученный при 1220°С, сильно оплавлен, очень прочный и появляется опасность образования в печи настылей, и дальше добавкой шлама до 2,5% температура спекания должен быть еще меньше (~1150-1160°С);3) for sintering the mixture without additives of the sludge requires a higher sintering temperature. For example, for a mixture without the addition of sludge, it should be greater than 1220 ° C ~ up to 1270 ° C, because at 1220 ° C, the sinter is unstable, practically not melted (shrinkage of 2.6%, tensile strength of sinter 156.6 kgf / cm 2 , while sintering temperature 1220 is sufficient for sintering a mixture already with the addition of sludge 0.7% by mass ° C (shrinkage of 4.25%, ultimate tensile strength of the cake 197.8 kgf / cm 2 ), with the addition of sludge 1.4% by mass, it should be less than 1220 ° C, i.e. - 1200 ° C, because at 1220 ° C, the shrinkage of the cake is high (7.5%), the tensile strength is large (221.3 kgf / cm 2 ), with the addition of sludge of 2.1% by mass, it should be even less - 1180 ° C, because the cake obtained at 1220 ° C is very melted, very strong and there is a danger of curing in the kiln floor, and then with the addition of sludge up to 2.5%, the sintering temperature should be even lower (~ 1150-1160 ° C);
4) для приготовления шихты с добавками фторидов и угля требуются большие затраты, т.к. они дорогие, в то время как экологически опасный шлам выгодно алюминиевым заводам отдать бесплатно;4) for the preparation of a mixture with the addition of fluorides and coal requires high costs, because they are expensive, while environmentally hazardous sludge is beneficial for aluminum plants to give free of charge;
5) переработка щелочного алюмосиликатного сырья без добавок отходов не позволяет совсем, а с их добавкой позволяет обезвредить и эффективно утилизировать в крупном масштабе экологически опасные фторуглеродсодержащие отходы алюминиевого производства. Так, например, при использовании добавки только в ОАО "АГК" в количестве всего 0,7% масс. от массы перерабатываемой сухой шихты за год можно утилизировать 63 тыс. т отходов и получить дополнительно около 3 тыс. т глинозема, 15 тыс. т содопродуктов в перерасчете на K2O. При добавке шлама к шихте ОАО "АГК" в количестве 2,1% можно его утилизировать за год 189 тыс. т и дополнительно получить около 25 тыс. т Al2O3 и 20 тыс. т R2O. При переработке только 63 тыс. т шлама ожидаемый экономический эффект в ОАО "АГК" составляет 25 млн.руб, за счет дополнительного выпуска товарных продуктов и в ОАО "КрАЗ" ~ 16 млн.руб. в результате уменьшения платежей в экологические фонды (см. таблицу).5) the processing of alkaline aluminosilicate raw materials without additives does not allow completely, but with their addition it allows to neutralize and efficiently dispose of ecologically hazardous fluorocarbon-containing aluminum production wastes on a large scale. So, for example, when using additives only in JSC "AGK" in an amount of only 0.7% of the mass. 63 thousand tons of waste can be disposed of from the mass of the processed dry charge per year and additionally about 3 thousand tons of alumina, 15 thousand tons of soda products can be obtained, calculated on K 2 O. When adding sludge to the charge of JSC "AGK" in the amount of 2.1 % it can be disposed of 189 thousand tons per year and additionally receive about 25 thousand tons of Al 2 O 3 and 20 thousand tons of R 2 O. When processing only 63 thousand tons of sludge, the expected economic effect at OJSC “AGK” is 25 million rubles, due to the additional release of marketable products and in JSC KrAZ ~ 16 million rubles. as a result of a decrease in payments to environmental funds (see table).
Единственным преимуществом рассматриваемой шихты остается наибольшее извлечение глинозема из спека (см. таблицу). Однако отсутствуют другие важнейшие преимущества, как это показано выше, присущие заявленному способу. Кроме того, при введении в шихту угля, содержащего низкотемпературные летучие, при спекании будет повышенный химический недожог его, что приведет к повышению общего расхода топлива на спекание и к появлению опасности взрыва ("хлопка") в электрофильтрах при очистке отходящих из печи газов от печи из-за содержания в них CO. Этот недостаток способа-прототипа ставит под сомнение вообще возможность осуществления процесса спекания в промышленных вращающих печах. Поэтому достижение преимущества - наибольшего извлечения глинозема из спека при переработке щелочного алюмосиликатного сырья с добавкой угля - является проблематичным.The only advantage of the charge under consideration is the greatest extraction of alumina from the cake (see table). However, there are no other major advantages, as shown above, inherent in the claimed method. In addition, when coal containing low-temperature volatiles is introduced into the charge during sintering, there will be an increase in its chemical underburning, which will lead to an increase in the total fuel consumption for sintering and to the risk of explosion (“cotton”) in electrostatic precipitators when cleaning exhaust gases from the furnace from the furnace due to the content of CO. This disadvantage of the prototype method casts doubt on the general possibility of the sintering process in industrial rotary kilns. Therefore, the achievement of the advantage - the greatest extraction of alumina from the cake when processing alkaline aluminosilicate raw materials with the addition of coal - is problematic.
Заявленный способ устраняет или существенно уменьшает вышеотмеченные недостатки и имеет дополнительные важные преимущества при переработке щелочного алюмосиликатного сырья:The claimed method eliminates or significantly reduces the above disadvantages and has additional important advantages when processing alkaline aluminosilicate raw materials:
позволяет качественнее провести спекание шихты (без появления опасности взрыва в электрофильтрах, т.к. углерод, содержащийся в отходах, не имеет низкотемпературных летучих из-за высокотемпературной отработки их при электролизе алюминия ~690°С) и повысить показатели переработки нефелиновых руд, а именно снизить опасность взрыва в электрофильтрах, температуру спекания шихты и расход топлива на спекание, повысить качество спека (улучшить физико-химические свойства его), обеспечить дополнительный выпуск глинозема и щелочей, уменьшить затраты на интенсифицирующие добавки к шихте - углерода и фторидов, обезвредить и эффективно утилизировать в крупном масштабе экологически опасные фторуглеродсодержащие отходы алюминиевого производства и получить значительный экономический эффект.allows better sintering of the charge (without the danger of explosion in electrostatic precipitators, since the carbon contained in the waste does not have low-temperature volatiles due to their high-temperature mining during aluminum electrolysis ~ 690 ° C) and increase the processing rates of nepheline ores, namely reduce the risk of explosion in electrostatic precipitators, sintering temperature of the charge and fuel consumption for sintering, improve the quality of the cake (improve its physical and chemical properties), provide additional release of alumina and alkalis, reduce costs s to intensify the additive to the charge - and carbon fluorides, neutralize and dispose effectively on a large scale ftoruglerodsoderzhaschie environmentally hazardous waste of aluminum production and a significant economic effect.
На чертеже и из таблицы видно, что добавка шлама к шихте из нефелиновой руды в количестве 0,7% масс. уже дает ощутимые преимущества, которые возрастают с увеличением добавки шлама до 2,1% масс. Нижним пределом дозировки отходов к шихте в заявляемом способе выбрана добавка 0,2%, которая уже обеспечит заметное появление преимуществ. Ниже этого предела эти преимущества будут настолько малы, что использование добавки шлама становиться нецелесообразным. Поэтому нижний предел добавки шлама к шихте при переработке щелочного алюмосиликатного сырья обусловлен повышением качества спека, т.е. улучшением физико-химических свойств его, а именно: увеличением прочности и дополнительным выпуском глинозема и щелочей, снижением температуры спекания и расхода топлива на спекание, уменьшением химического недожога введенного в шихту углерода и опасности взрыва в электрофильтрах, снижением затрат на интенсифицирующие добавки в шихту фторидов и углерода, возможностью обезвреживания и утилизации экологически опасных отходов алюминиевого производства.The drawing and the table shows that the addition of sludge to the mixture of nepheline ore in the amount of 0.7% of the mass. already gives tangible benefits that increase with increasing sludge addition to 2.1% of the mass. The lower limit of dosage of waste to the charge in the inventive method selected additive 0.2%, which will already provide a noticeable appearance of benefits. Below this limit, these advantages will be so small that the use of a sludge additive becomes impractical. Therefore, the lower limit of sludge addition to the charge during the processing of alkaline aluminosilicate raw materials is due to an increase in the quality of the cake, i.e. improvement of its physicochemical properties, namely, an increase in strength and an additional release of alumina and alkalis, a decrease in the sintering temperature and fuel consumption for sintering, a decrease in the chemical underburning of carbon introduced into the charge and the risk of explosion in electrostatic precipitators, and a decrease in the cost of intensifying additives in the charge of fluorides and carbon, the ability to neutralize and recycle environmentally hazardous waste from aluminum production.
Для шихты без добавки шлама температура спекания должна быть больше 1220°С - вплоть до 1270°С, т.к. при 1220°С спек получается непрочным, практически не оплавленным (усадка 2,6%, предел прочности спека 156,6 кгс/см2), при выщелачивании он будет истираться и вызывать большие вторичные потери ценных компонентов, которые намного перекрывают преимущества по увеличению их извлечения из спека (0,4-0,6%). При температуре спекания 1270°С рассматриваемой шихты спек получен плотным и достаточно пористым (усадка 2,9%, предел прочности 202,0 кгс/см2). Поэтому верхним пределом температуры спекания в предлагаемом способе принята температура 1260°С, при которой необходимо спекать шихту с минимальной добавкой отходов 0,2%, т.к. она ближе находится к температуре спекания шихты без добавки, и обеспечить получение качественного спека. Для спекания же шихты с добавкой шлама 0,7% температура 1220°С уже достаточна, т.к. спек получается хорошего качества - плотным, пористым, имеющим усадку 4,25%, предел прочности 197,8 кгс/см2 и максимальное извлечение Al2O3 и K2O, соответственно равное 92,57% и 95,56% (см. чертеж и таблицу).For a charge without added sludge, the sintering temperature should be more than 1220 ° С - up to 1270 ° С, because at 1220 ° C, the cake is fragile, practically not melted (shrinkage is 2.6%, the cake strength is 156.6 kgf / cm 2 ), when leached, it will wear out and cause large secondary losses of valuable components, which far exceed the advantages of increasing them extracts from spec (0.4-0.6%). At a sintering temperature of 1270 ° C of the batch under consideration, the sinter was obtained dense and sufficiently porous (shrinkage 2.9%, tensile strength 202.0 kgf / cm 2 ). Therefore, the upper limit of the sintering temperature in the proposed method adopted a temperature of 1260 ° C, at which it is necessary to sinter the mixture with a minimum addition of waste of 0.2%, because it is closer to the sintering temperature of the mixture without additives, and to ensure high-quality sinter. For sintering the mixture with the addition of sludge 0.7%, a temperature of 1220 ° C is already sufficient, because the cake is of good quality - dense, porous, with a shrinkage of 4.25%, a tensile strength of 197.8 kgf / cm 2 and a maximum extraction of Al 2 O 3 and K 2 O, respectively, equal to 92.57% and 95.56% (cm drawing and table).
С добавкой шлама 1,4% оптимальная температура спекания шихты должна быть меньше 1220°С, т.е. ~1200°С, т.к. при 1220°С усадка спека большая (7,5%) и предел прочности высок (221,3 кгс/см2), с добавкой шлама 2,1% она должна быть еще меньше - 1180°С, т.к. спек, полученный при 1220°С, сильно оплавлен, очень прочный и появляется опасность образования в печи настылей и дальше с максимальной добавкой шлама 2,5% температура спекания должна быть еще меньше, т.е. - 1150°С. Эта температура и принята за нижний предел температуры спекания шихты с добавкой отходов.With the addition of sludge 1.4%, the optimal sintering temperature of the mixture should be less than 1220 ° C, i.e. ~ 1200 ° C, because at 1220 ° C, the shrinkage of the cake is large (7.5%) and the tensile strength is high (221.3 kgf / cm 2 ), with the addition of sludge 2.1% it should be even less - 1180 ° C, because the sinter obtained at 1220 ° C is very melted, very strong and there is a danger of the formation of deposits in the furnace and further with a maximum sludge addition of 2.5%, the sintering temperature should be even lower, i.e. - 1150 ° C. This temperature is taken as the lower limit of the sintering temperature of the mixture with the addition of waste.
Верхний предел добавки фторуглеродсодержащих отходов в шихту для спекания при переработке щелочного алюмосиликатного сырья выбран 2,5% по следующим причинам. На чертеже и из таблицы видно, что с повышением добавки шлама к шихте из нефелиновой руды до 2,1% возрастают преимущества заявленного способа: снижается температура спекания шихты и расход топлива на спекание, повышается качество спека из-за увеличения прочности, усадки, содержания глинозема и дополнительного выпуска глинозема и щелочей, количество обезвреживаемых и утилизируемых экологически опасных фторуглеродсодержащих отходов алюминиевого производства, и, кроме того, уменьшается опасность взрыва в электрофильтрах, затраты на интенсифицирующие добавки в шихту - фторидов и углерода. В этом плане, чем больше добавка отходов к шихте, тем лучше и выше ожидаемый экономический эффект (см. таблицу).The upper limit of the addition of fluorocarbon-containing wastes to the sintering mixture during the processing of alkaline aluminosilicate raw materials was selected at 2.5% for the following reasons. The drawing and the table shows that with an increase in the addition of sludge to the mixture of nepheline ore to 2.1%, the advantages of the claimed method increase: the sintering temperature of the mixture and fuel consumption for sintering decrease, the quality of the cake increases due to the increase in strength, shrinkage, and alumina content and the additional release of alumina and alkalis, the amount of environmentally hazardous fluorocarbon-containing wastes that are neutralized and disposed of by aluminum production, and, in addition, the risk of explosion in electrostatic precipitators is reduced, the cost of the intensive ifitsiruyuschie additives into the charge - and carbon fluorides. In this regard, the greater the addition of waste to the charge, the better and higher the expected economic effect (see table).
Однако добавлять в шихту отходов более 2,5% нецелесообразно, т.к. в этом случае в спеке при низких температурах (800-1000°С) образуется много жидкой фазы за счет плавления фторидов и их легкоплавких эвтектик, в промышленных вращающихся печах будет наблюдаться интенсивное настылеобразование, сильно осложняющее нормальное ведение процесса спекания, и при этом ухудшается качество спеков, потому что они получаются низкопористыми с чрезмерно высокой прочностью и усадкой, каналы и поры в них заплавлены, что приведет к уменьшению извлечения ценных компонентов при их последующем выщелачивании и дополнительному выпуску последних.However, adding more than 2.5% to the waste mixture is impractical because in this case, a lot of the liquid phase is formed in the sinter at low temperatures (800-1000 ° С) due to the melting of fluorides and their fusible eutectics, in the industrial rotary kilns intense deposit formation will be observed, greatly complicating the normal conduct of the sintering process, and the quality of the sinter will deteriorate , because they are obtained by low porosity with extremely high strength and shrinkage, the channels and pores in them are melted, which will lead to a decrease in the extraction of valuable components during their subsequent leaching and additional release of the latter.
На чертеже видно, что спек 4 с добавкой шлама 2,1% очень сильно оплавлен при температуре спекания 1270°С, характеризуется низким извлечением глинозема (91,71%) и не годится к переработке, а полученный при 1220°С уже меньше оплавлен с извлечением глинозема 92,34%, но он еще неоптимального качества, который может быть получен, очевидно, при температуре спекания - 1180°С. При максимальной добавке шлама к шихте 2,5% получающиеся спеки будут еще более оплавленными, и для получения спека удовлетворительного качества уже необходима температура спекания - 1150°С. Известно, что для спекания глиноземсодержащих шихт не используется температура меньше 1150°С, т.к. при этом сильно уменьшается извлечение глинозема из спеков. Отсюда ясно, что при добавке шлама к шихте больше 2,5% необходимо снижать температуру спекания до менее 1150°С, а это невозможно по вышеотмеченным причинам. Поэтому максимальной добавкой шлама к шихте может быть добавка 2,5%. Кроме того, ограничивающими факторами добавки шлама к шихте более 2,5% являются улетучивание фтора из печей спекания в атмосферу выше установленных норм и загрязнение выпускаемых товарных продуктов фтором. Отметим, что при проведении экспериментов по спеканию шихт с отходами в лабораторных условиях в шахтной силитовой печи летучесть фтора не обнаружена.The drawing shows that
Таким образом, заявленный способ имеет следующие преимущества:Thus, the claimed method has the following advantages:
- снижается опасность взрыва в электрофильтрах;- reduces the risk of explosion in electrostatic precipitators;
- снижается температура спекания, что позволяет уменьшить расход топлива на переделе спекания и улучшить работу печей;- sintering temperature is reduced, which allows to reduce fuel consumption at the redistribution of sintering and improve the operation of furnaces;
- повысится качество спека за счет увеличения его прочности до требуемых значений и содержания в нем глинозема;- improve the quality of the cake by increasing its strength to the required values and the content of alumina in it;
- обеспечивается дополнительный выпуск глинозема и щелочей за счет более полного извлечения их из сырья и частичного извлечения их из добавляемых отходов:- provides an additional release of alumina and alkalis due to a more complete extraction of them from raw materials and partial extraction of them from added waste:
- уменьшаются затраты на интенсифицирующие добавки к шихте - углерода и фторидов - за счет использования в качестве добавки фторуглеродсодержащих отходов алюминиевого производства;- reduced costs of intensifying additives to the mixture - carbon and fluoride due to the use of fluorocarbon-containing waste from aluminum production as an additive;
- обезвреживаются и эффективно утилизируются в крупном масштабе экологически опасные фторуглеродсодержащие отходы алюминиевого производства;- neutralize fluorocarbon-containing wastes of aluminum production that are neutralized and effectively disposed of on a large scale;
- будет получен значительный экономический эффект.- a significant economic effect will be obtained.
Claims (1)
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2009141445/05A RU2417162C1 (en) | 2009-11-09 | 2009-11-09 | Method of processing alkaline aluminosilicate material |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2009141445/05A RU2417162C1 (en) | 2009-11-09 | 2009-11-09 | Method of processing alkaline aluminosilicate material |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU2417162C1 true RU2417162C1 (en) | 2011-04-27 |
Family
ID=44731535
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| RU2009141445/05A RU2417162C1 (en) | 2009-11-09 | 2009-11-09 | Method of processing alkaline aluminosilicate material |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| RU (1) | RU2417162C1 (en) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2819963C1 (en) * | 2023-09-25 | 2024-05-28 | Общество с ограниченной ответственностью "Объединенная Компания РУСАЛ Инженерно-технологический центр" | Method of processing alkaline aluminosilicate material |
Citations (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| GB2008553A (en) * | 1977-11-28 | 1979-06-06 | Kaiser Aluminium Chem Corp | Utolization of waste materials from electrolytic aluminium reduction systems |
| US4160809A (en) * | 1978-07-24 | 1979-07-10 | Kaiser Aluminum & Chemical Corporation | Modified pyrohydrolysis process for spent aluminum reduction cell linings |
| RU2167210C2 (en) * | 1999-07-13 | 2001-05-20 | Акционерное общество открытого типа "Всероссийский алюминиево-магниевый институт" | Technology of processing of carbonic slime removed from system of electrolytic winning of aluminum |
| RU2171853C2 (en) * | 1999-05-11 | 2001-08-10 | Акционерное общество открытого типа "Всероссийский алюминиево-магниевый институт" | Method for processing waste lining of aluminium cells |
| RU2199488C2 (en) * | 2000-11-30 | 2003-02-27 | Открытое акционерное общество "ВОЛГОГРАДСКИЙ АЛЮМИНИЙ" | Method for processing waste carbon lining of aluminum cells |
| RU2312815C2 (en) * | 2006-01-10 | 2007-12-20 | Геннадий Пантелеевич Медведев | Aluminum-containing raw material processing method |
-
2009
- 2009-11-09 RU RU2009141445/05A patent/RU2417162C1/en not_active IP Right Cessation
Patent Citations (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| GB2008553A (en) * | 1977-11-28 | 1979-06-06 | Kaiser Aluminium Chem Corp | Utolization of waste materials from electrolytic aluminium reduction systems |
| US4160809A (en) * | 1978-07-24 | 1979-07-10 | Kaiser Aluminum & Chemical Corporation | Modified pyrohydrolysis process for spent aluminum reduction cell linings |
| RU2171853C2 (en) * | 1999-05-11 | 2001-08-10 | Акционерное общество открытого типа "Всероссийский алюминиево-магниевый институт" | Method for processing waste lining of aluminium cells |
| RU2167210C2 (en) * | 1999-07-13 | 2001-05-20 | Акционерное общество открытого типа "Всероссийский алюминиево-магниевый институт" | Technology of processing of carbonic slime removed from system of electrolytic winning of aluminum |
| RU2199488C2 (en) * | 2000-11-30 | 2003-02-27 | Открытое акционерное общество "ВОЛГОГРАДСКИЙ АЛЮМИНИЙ" | Method for processing waste carbon lining of aluminum cells |
| RU2312815C2 (en) * | 2006-01-10 | 2007-12-20 | Геннадий Пантелеевич Медведев | Aluminum-containing raw material processing method |
Non-Patent Citations (1)
| Title |
|---|
| ЛАЙНЕР А.И. и др. Производство глинозема. - М.: Металлургия, 1978, 231-232. * |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2819963C1 (en) * | 2023-09-25 | 2024-05-28 | Общество с ограниченной ответственностью "Объединенная Компания РУСАЛ Инженерно-технологический центр" | Method of processing alkaline aluminosilicate material |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| Zhao et al. | Recycling and utilization of spent potlining by different high temperature treatments | |
| Holywell et al. | An overview of useful methods to treat, recover, or recycle spent potlining | |
| IZ et al. | Sustainable waste-treatment procedure for the spent potlining (SPL) from aluminium production | |
| Balomnenos et al. | The ENEXAL bauxite residue treatment process: industrial scale pilot plant results | |
| CN101306798B (en) | Process for treating waste liner of aluminium cell catalyzed by coal | |
| Wang et al. | Extraction of alumina from fly ash by ammonium hydrogen sulfate roasting technology | |
| CN110016557B (en) | Method for producing Al-Si ferrosilicon by electric arc furnace smelting with aluminum ash as raw material | |
| CN107401746B (en) | Treatment system and treatment method for aluminum electrolysis overhaul slag | |
| CN102989744B (en) | Method for recycling mixed material dreg of overhauling groove slag of electrolytic cell | |
| NO314034B1 (en) | Process for producing a sintered mixture of material consisting mainly of calcium aluminates | |
| Personnet | Treatment and reuse of spent pot lining, an industrial application in a cement kiln | |
| CN107720723B (en) | A method for comprehensive treatment of waste tank lining of aluminum electrolysis tank | |
| KR20240022461A (en) | Cementitious production from non-limestone materials | |
| CA2775154C (en) | Method and reactor for treating bulk material containing carbon | |
| CN110016565B (en) | Method for preparing Al-Si-Fe alloy by feeding hollow electrode with waste refractory material | |
| CN110144457A (en) | Method for preparing aluminum silicon ferroalloy by carbothermal reduction of aluminum ash pretreatment | |
| CN110616295B (en) | Harmless utilization process of waste carbon blocks of electrolytic aluminum | |
| CN110129565B (en) | Method for preparing ferrosilicon alloy by feeding aluminum ash as raw material through hollow electrode | |
| RU2472865C1 (en) | Method of processing fluorine-containing wastes from electrolytic production of aluminium | |
| Wang et al. | A Novel Method of Extracting Iron from High-Iron Red Mud and Preparing Low-Carbon Cement Clinker from Tailings. | |
| RU2167210C2 (en) | Technology of processing of carbonic slime removed from system of electrolytic winning of aluminum | |
| CN114888043B (en) | Treatment method and device for secondary aluminum ash | |
| RU2417162C1 (en) | Method of processing alkaline aluminosilicate material | |
| CN110117718A (en) | The method for producing ferro-silicon-aluminium as raw material electric arc furnace smelting using waste refractory materials | |
| RU2630117C1 (en) | Method for processing spent carbon lining of aluminium electrolyser |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| MM4A | The patent is invalid due to non-payment of fees |
Effective date: 20141110 |