RU2816485C1 - Method of producing synthetic fluorite and caustic soda solution - Google Patents
Method of producing synthetic fluorite and caustic soda solution Download PDFInfo
- Publication number
- RU2816485C1 RU2816485C1 RU2023118391A RU2023118391A RU2816485C1 RU 2816485 C1 RU2816485 C1 RU 2816485C1 RU 2023118391 A RU2023118391 A RU 2023118391A RU 2023118391 A RU2023118391 A RU 2023118391A RU 2816485 C1 RU2816485 C1 RU 2816485C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- fluorine
- waste
- solution
- industrial products
- lime
- Prior art date
Links
- HEMHJVSKTPXQMS-UHFFFAOYSA-M Sodium hydroxide Chemical compound [OH-].[Na+] HEMHJVSKTPXQMS-UHFFFAOYSA-M 0.000 title claims abstract description 93
- 235000011121 sodium hydroxide Nutrition 0.000 title claims abstract description 31
- WUKWITHWXAAZEY-UHFFFAOYSA-L calcium difluoride Chemical compound [F-].[F-].[Ca+2] WUKWITHWXAAZEY-UHFFFAOYSA-L 0.000 title claims abstract description 22
- 238000000034 method Methods 0.000 title claims abstract description 20
- 239000010436 fluorite Substances 0.000 title claims abstract description 14
- 239000002699 waste material Substances 0.000 claims abstract description 78
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 claims abstract description 52
- XAGFODPZIPBFFR-UHFFFAOYSA-N aluminium Chemical compound [Al] XAGFODPZIPBFFR-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 51
- 229910052782 aluminium Inorganic materials 0.000 claims abstract description 51
- 239000011737 fluorine Substances 0.000 claims abstract description 50
- 229910052731 fluorine Inorganic materials 0.000 claims abstract description 50
- 235000008733 Citrus aurantifolia Nutrition 0.000 claims abstract description 49
- YCKRFDGAMUMZLT-UHFFFAOYSA-N Fluorine atom Chemical compound [F] YCKRFDGAMUMZLT-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 49
- 235000011941 Tilia x europaea Nutrition 0.000 claims abstract description 49
- 239000004571 lime Substances 0.000 claims abstract description 49
- 239000003153 chemical reaction reagent Substances 0.000 claims abstract description 26
- UAVMTGUTXWILAA-UHFFFAOYSA-N [C].[F].[Na] Chemical compound [C].[F].[Na] UAVMTGUTXWILAA-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 24
- 229910001610 cryolite Inorganic materials 0.000 claims description 22
- 239000003792 electrolyte Substances 0.000 claims description 20
- 229910016569 AlF 3 Inorganic materials 0.000 claims description 8
- VNWKTOKETHGBQD-UHFFFAOYSA-N methane Chemical compound C VNWKTOKETHGBQD-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 7
- 239000000243 solution Substances 0.000 abstract description 78
- 239000000920 calcium hydroxide Substances 0.000 abstract description 11
- 239000002994 raw material Substances 0.000 abstract description 9
- 150000004645 aluminates Chemical class 0.000 abstract description 8
- AXCZMVOFGPJBDE-UHFFFAOYSA-L calcium dihydroxide Chemical compound [OH-].[OH-].[Ca+2] AXCZMVOFGPJBDE-UHFFFAOYSA-L 0.000 abstract description 7
- 229910001861 calcium hydroxide Inorganic materials 0.000 abstract description 7
- 239000007864 aqueous solution Substances 0.000 abstract description 3
- 239000000126 substance Substances 0.000 abstract description 2
- 239000004411 aluminium Substances 0.000 abstract 2
- 239000012535 impurity Substances 0.000 abstract 1
- 239000000047 product Substances 0.000 description 39
- 239000007789 gas Substances 0.000 description 23
- 239000011575 calcium Substances 0.000 description 22
- 239000011734 sodium Substances 0.000 description 22
- 239000000203 mixture Substances 0.000 description 16
- 239000000428 dust Substances 0.000 description 13
- 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 12
- 229910052708 sodium Inorganic materials 0.000 description 12
- 238000004140 cleaning Methods 0.000 description 11
- 239000012717 electrostatic precipitator Substances 0.000 description 11
- 239000003245 coal Substances 0.000 description 10
- 229910001634 calcium fluoride Inorganic materials 0.000 description 9
- 235000011116 calcium hydroxide Nutrition 0.000 description 9
- 239000000292 calcium oxide Substances 0.000 description 9
- ODINCKMPIJJUCX-UHFFFAOYSA-N calcium oxide Inorganic materials [Ca]=O ODINCKMPIJJUCX-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 9
- CDBYLPFSWZWCQE-UHFFFAOYSA-L Sodium Carbonate Chemical compound [Na+].[Na+].[O-]C([O-])=O CDBYLPFSWZWCQE-UHFFFAOYSA-L 0.000 description 8
- FAPWRFPIFSIZLT-UHFFFAOYSA-M Sodium chloride Chemical compound [Na+].[Cl-] FAPWRFPIFSIZLT-UHFFFAOYSA-M 0.000 description 8
- 239000003518 caustics Substances 0.000 description 8
- 238000005188 flotation Methods 0.000 description 8
- 239000006260 foam Substances 0.000 description 8
- 239000010802 sludge Substances 0.000 description 8
- 229910004261 CaF 2 Inorganic materials 0.000 description 7
- WNROFYMDJYEPJX-UHFFFAOYSA-K aluminium hydroxide Chemical compound [OH-].[OH-].[OH-].[Al+3] WNROFYMDJYEPJX-UHFFFAOYSA-K 0.000 description 7
- ANBBXQWFNXMHLD-UHFFFAOYSA-N aluminum;sodium;oxygen(2-) Chemical compound [O-2].[O-2].[Na+].[Al+3] ANBBXQWFNXMHLD-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 7
- 229910001388 sodium aluminate Inorganic materials 0.000 description 7
- 239000007787 solid Substances 0.000 description 7
- 239000012265 solid product Substances 0.000 description 7
- BRPQOXSCLDDYGP-UHFFFAOYSA-N calcium oxide Chemical compound [O-2].[Ca+2] BRPQOXSCLDDYGP-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 6
- 150000001875 compounds Chemical class 0.000 description 6
- 239000008267 milk Substances 0.000 description 6
- 210000004080 milk Anatomy 0.000 description 6
- 235000013336 milk Nutrition 0.000 description 6
- 229910018626 Al(OH) Inorganic materials 0.000 description 5
- KRHYYFGTRYWZRS-UHFFFAOYSA-M Fluoride anion Chemical compound [F-] KRHYYFGTRYWZRS-UHFFFAOYSA-M 0.000 description 5
- 239000003513 alkali Substances 0.000 description 5
- 239000004568 cement Substances 0.000 description 5
- 238000000746 purification Methods 0.000 description 5
- NBIIXXVUZAFLBC-UHFFFAOYSA-N Phosphoric acid Chemical compound OP(O)(O)=O NBIIXXVUZAFLBC-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 4
- UIIMBOGNXHQVGW-UHFFFAOYSA-M Sodium bicarbonate Chemical compound [Na+].OC([O-])=O UIIMBOGNXHQVGW-UHFFFAOYSA-M 0.000 description 4
- 239000002585 base Substances 0.000 description 4
- 230000015572 biosynthetic process Effects 0.000 description 4
- 238000006243 chemical reaction Methods 0.000 description 4
- 238000002156 mixing Methods 0.000 description 4
- 235000017550 sodium carbonate Nutrition 0.000 description 4
- 229910000029 sodium carbonate Inorganic materials 0.000 description 4
- IRPGOXJVTQTAAN-UHFFFAOYSA-N 2,2,3,3,3-pentafluoropropanal Chemical compound FC(F)(F)C(F)(F)C=O IRPGOXJVTQTAAN-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 3
- KLZUFWVZNOTSEM-UHFFFAOYSA-K Aluminum fluoride Inorganic materials F[Al](F)F KLZUFWVZNOTSEM-UHFFFAOYSA-K 0.000 description 3
- OYPRJOBELJOOCE-UHFFFAOYSA-N Calcium Chemical compound [Ca] OYPRJOBELJOOCE-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 3
- 239000011398 Portland cement Substances 0.000 description 3
- 239000002253 acid Substances 0.000 description 3
- 229910052791 calcium Inorganic materials 0.000 description 3
- 238000005868 electrolysis reaction Methods 0.000 description 3
- 238000002474 experimental method Methods 0.000 description 3
- 238000009851 ferrous metallurgy Methods 0.000 description 3
- 238000010304 firing Methods 0.000 description 3
- 229940104869 fluorosilicate Drugs 0.000 description 3
- 230000003993 interaction Effects 0.000 description 3
- 238000003756 stirring Methods 0.000 description 3
- QGZKDVFQNNGYKY-UHFFFAOYSA-N Ammonia Chemical compound N QGZKDVFQNNGYKY-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N Carbon Chemical compound [C] OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- CURLTUGMZLYLDI-UHFFFAOYSA-N Carbon dioxide Chemical compound O=C=O CURLTUGMZLYLDI-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- CWYNVVGOOAEACU-UHFFFAOYSA-N Fe2+ Chemical compound [Fe+2] CWYNVVGOOAEACU-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 238000010521 absorption reaction Methods 0.000 description 2
- 239000000654 additive Substances 0.000 description 2
- 230000000996 additive effect Effects 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
- 229910000147 aluminium phosphate Inorganic materials 0.000 description 2
- 229910000323 aluminium silicate Inorganic materials 0.000 description 2
- OSGAYBCDTDRGGQ-UHFFFAOYSA-L calcium sulfate Chemical compound [Ca+2].[O-]S([O-])(=O)=O OSGAYBCDTDRGGQ-UHFFFAOYSA-L 0.000 description 2
- PASHVRUKOFIRIK-UHFFFAOYSA-L calcium sulfate dihydrate Chemical compound O.O.[Ca+2].[O-]S([O-])(=O)=O PASHVRUKOFIRIK-UHFFFAOYSA-L 0.000 description 2
- 229910052799 carbon Inorganic materials 0.000 description 2
- 230000008859 change Effects 0.000 description 2
- 238000010835 comparative analysis Methods 0.000 description 2
- HNPSIPDUKPIQMN-UHFFFAOYSA-N dioxosilane;oxo(oxoalumanyloxy)alumane Chemical compound O=[Si]=O.O=[Al]O[Al]=O HNPSIPDUKPIQMN-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 238000000605 extraction Methods 0.000 description 2
- 150000002222 fluorine compounds Chemical class 0.000 description 2
- 238000010438 heat treatment Methods 0.000 description 2
- 239000007788 liquid Substances 0.000 description 2
- 239000000320 mechanical mixture Substances 0.000 description 2
- 239000012716 precipitator Substances 0.000 description 2
- 235000017557 sodium bicarbonate Nutrition 0.000 description 2
- 229910000030 sodium bicarbonate Inorganic materials 0.000 description 2
- 229910018072 Al 2 O 3 Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000005997 Calcium carbide Substances 0.000 description 1
- VTYYLEPIZMXCLO-UHFFFAOYSA-L Calcium carbonate Chemical compound [Ca+2].[O-]C([O-])=O VTYYLEPIZMXCLO-UHFFFAOYSA-L 0.000 description 1
- BHPQYMZQTOCNFJ-UHFFFAOYSA-N Calcium cation Chemical compound [Ca+2] BHPQYMZQTOCNFJ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- BVKZGUZCCUSVTD-UHFFFAOYSA-L Carbonate Chemical compound [O-]C([O-])=O BVKZGUZCCUSVTD-UHFFFAOYSA-L 0.000 description 1
- KRHYYFGTRYWZRS-UHFFFAOYSA-N Fluorane Chemical compound F KRHYYFGTRYWZRS-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 239000002250 absorbent Substances 0.000 description 1
- 230000002745 absorbent Effects 0.000 description 1
- HSFWRNGVRCDJHI-UHFFFAOYSA-N alpha-acetylene Natural products C#C HSFWRNGVRCDJHI-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229910021529 ammonia Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000012736 aqueous medium Substances 0.000 description 1
- 239000007900 aqueous suspension Substances 0.000 description 1
- 229910001424 calcium ion Inorganic materials 0.000 description 1
- 159000000007 calcium salts Chemical class 0.000 description 1
- YYRMJZQKEFZXMX-UHFFFAOYSA-N calcium;phosphoric acid Chemical compound [Ca+2].OP(O)(O)=O.OP(O)(O)=O YYRMJZQKEFZXMX-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 239000001569 carbon dioxide Substances 0.000 description 1
- 229910002092 carbon dioxide Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000007795 chemical reaction product Substances 0.000 description 1
- 239000003795 chemical substances by application Substances 0.000 description 1
- 238000005352 clarification Methods 0.000 description 1
- 239000012141 concentrate Substances 0.000 description 1
- 238000002425 crystallisation Methods 0.000 description 1
- 230000008025 crystallization Effects 0.000 description 1
- 238000004090 dissolution Methods 0.000 description 1
- 125000002534 ethynyl group Chemical group [H]C#C* 0.000 description 1
- 238000001704 evaporation Methods 0.000 description 1
- 238000001914 filtration Methods 0.000 description 1
- 150000004673 fluoride salts Chemical class 0.000 description 1
- -1 fluorine ions Chemical class 0.000 description 1
- 238000011010 flushing procedure Methods 0.000 description 1
- 229910000040 hydrogen fluoride Inorganic materials 0.000 description 1
- 238000009434 installation Methods 0.000 description 1
- 150000002500 ions Chemical class 0.000 description 1
- 239000012263 liquid product Substances 0.000 description 1
- 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 1
- 238000002360 preparation method Methods 0.000 description 1
- 238000002203 pretreatment Methods 0.000 description 1
- 230000008569 process Effects 0.000 description 1
- 239000011541 reaction mixture Substances 0.000 description 1
- 230000009467 reduction Effects 0.000 description 1
- 230000008929 regeneration Effects 0.000 description 1
- 238000011069 regeneration method Methods 0.000 description 1
- 230000001105 regulatory effect Effects 0.000 description 1
- 239000013049 sediment Substances 0.000 description 1
- 238000000926 separation method Methods 0.000 description 1
- RMAQACBXLXPBSY-UHFFFAOYSA-N silicic acid Chemical compound O[Si](O)(O)O RMAQACBXLXPBSY-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 235000012239 silicon dioxide Nutrition 0.000 description 1
- 239000002893 slag Substances 0.000 description 1
- 150000003388 sodium compounds Chemical class 0.000 description 1
- 150000003464 sulfur compounds Chemical class 0.000 description 1
- 239000002426 superphosphate Substances 0.000 description 1
- 239000000725 suspension Substances 0.000 description 1
- 238000003786 synthesis reaction 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
- 230000007704 transition Effects 0.000 description 1
- XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N water Substances O XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
Abstract
Description
Изобретение относится к переработке натрий-фтор-углеродсодержащих отходов и фторсодержащих промпродуктов электролитического производства алюминия и может быть использовано для получения синтетического флюорита и раствора каустической соды. Суть способа заключается в каустификации отходов и промпродуктов - их обработке известковым молоком. В результате из фторалюминатов натрия, содержащихся в отходах и промпродуктах, образуется синтетический флюорит, а натрий переходит в раствор в виде каустической соды. Переработанные по предлагаемому решению отходы и промпродукты электролитического производства алюминия могут быть использованы в цементной промышленности в качестве фторсодержащего минерализатора (интенсификатора обжига) при обжиге портландцементного клинкера, в черной металлургии в качестве заменителя флюоритового концентрата, а раствор каустической соды - в качестве абсорбента на «мокрой» газоочистке алюминиевых заводов и других металлургических производств.The invention relates to the processing of sodium-fluorine-carbon-containing waste and fluorine-containing industrial products of electrolytic aluminum production and can be used to produce synthetic fluorite and caustic soda solution. The essence of the method is the causticization of waste and industrial products - their treatment with lime milk. As a result, synthetic fluorite is formed from sodium fluoroaluminates contained in waste and industrial products, and sodium goes into solution in the form of caustic soda. Waste and middling products from the electrolytic production of aluminum processed according to the proposed solution can be used in the cement industry as a fluorine-containing mineralizer (firing intensifier) when firing Portland cement clinker, in ferrous metallurgy as a substitute for fluorite concentrate, and a caustic soda solution - as an absorbent for “wet” gas purification of aluminum smelters and other metallurgical industries.
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-фтор-углеродсодержащих отходов электролитического производства алюминия может быть использована пыль электрофильтров, шлам газоочистки, хвосты флотации угольной пены, смесь мелкодисперсных натрий-фтор-углеродсодержащих отходов электролитического производства алюминия.There is a known method for processing fine sodium-fluorine-carbon-containing waste from the electrolytic production of aluminum, which includes mixing the waste used as a fluorine-containing mineralizer with a mixture containing calcium, aluminosilicate and ferrous components, and subsequent heat treatment of the resulting mixture, characterized in that the mixing is carried out when feeding the specified waste into the mixture to obtain Portland cement clinker in an amount of 0.10-0.25 wt. % in terms of fluorine and with a weight ratio of sodium to fluorine of no more than 0.8. In this case, dust from electric precipitators, gas cleaning sludge, coal foam flotation tailings, and a mixture of fine sodium-fluorine-carbon-containing waste from electrolytic aluminum production can be used as fine sodium-fluorine-carbon-containing waste from electrolytic aluminum production.
Кроме того, в состав фторсодержащего минерализатора может быть дополнительно введен фторид кальция при следующем соотношении компонентов, вес. %:In addition, calcium fluoride can be additionally introduced into the fluorine-containing mineralizer in the following ratio of components, weight. %:
- мелкодисперсные натрий-фтор-углеродсодержащие отходы электролитического производства алюминия 30-90- finely dispersed sodium-fluorine-carbon-containing waste from electrolytic aluminum production 30-90
- фторид кальция остальное [Патент РФ №2393241, МПК С22В 7/00, С04В 7/42, опубл. 27.06.2010].- calcium fluoride rest [RF Patent No. 2393241, IPC S22V 7/00, S04V 7/42, publ. 06/27/2010].
При введении натрий-фтор-углеродсодержащих отходов в состав сырьевого шлама цементного производства синтез флюорита происходит в процессе обжига клинкера при 800-1000°С [Куликов Б.П., Николаев М.Д., Баринов В.В., Кузнецов А.А., Пыркова И.В. Цемент и его применение. - 2010 - №2 - С. 102-105].When sodium-fluorine-carbon-containing waste is introduced into the raw sludge of cement production, fluorite synthesis occurs during the firing of clinker at 800-1000°C [Kulikov B.P., Nikolaev M.D., Barinov V.V., Kuznetsov A.A. ., Pyrkova I.V. Cement and its use. - 2010 - No. 2 - P. 102-105].
Основной недостаток известного решения - значительное содержание в отходах щелочного элемента - натрия (до 13 вес. % в пыли электрофильтров, до 23 вес. % в шламе газоочистки, до 12 вес. % в смеси пыли электрофильтров, шлама газоочистки, хвостов флотации угольной пены). Повышенное содержание натрия во фторсодержащем минерализаторе на основе отходов алюминиевого производства приводит к увеличению содержания щелочей в клинкере, что в некоторых случаях недопустимо по причине высокого содержания щелочей в основном сырье. Указанные ограничения ухудшают потребительские свойства фторсодержащей добавки, ограничивают объемы переработки натрий-фтор-углеродсодержащих отходов электролитического производства алюминия.The main disadvantage of the known solution is the significant content of the alkaline element sodium in the waste (up to 13 wt.% in electrostatic precipitator dust, up to 23 wt.% in gas purification sludge, up to 12 wt.% in a mixture of electrostatic precipitator dust, gas purification sludge, coal foam flotation tailings) . An increased sodium content in a fluorine-containing mineralizer based on aluminum production waste leads to an increase in the alkali content in the clinker, which in some cases is unacceptable due to the high alkali content in the main raw material. These restrictions worsen the consumer properties of the fluorine-containing additive and limit the volume of processing of sodium-fluorine-carbon-containing waste from the electrolytic production of aluminum.
В заявке на изобретение [Заявка №2013122923/02, 17.05.2013 г., МПК С22В 7/00, С04В 7/02, опубл. 27.11.2014] описан способ переработки натрий-фтор-углеродсодержащих отходов электролитического производства алюминия в качестве фторсодержащего минерализатора для получения портландцементного клинкера. Способ устраняет недостаток аналога [Патент РФ №2393241, МПК С22В 7/00, С04В 7/42, опубл. 27.06.2010], благодаря выведению натрия из отходов в раствор каустической соды. 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, натрий-фтор-углеродсодержащие отходы электролитического производства алюминия предварительно обрабатывают в водном растворе известьсодержащим реагентом при перемешивании, при этом 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÷90С, в течение 30÷70 минут. В качестве известьсодержащего реагента может быть использована известь пушонка и/или карбидная известь - отход производства ацетилена из карбида кальция.In the application for the invention [Application No. 2013122923/02, 05/17/2013, IPC S22V 7/00, S04V 7/02, publ. 11/27/2014] describes a method for processing sodium-fluorine-carbon-containing waste from the electrolytic production of aluminum as a fluorine-containing mineralizer to produce Portland cement clinker. The method eliminates the disadvantage of the analogue [RF Patent No. 2393241, IPC S22V 7/00, S04V 7/42, publ. 06/27/2010], due to the removal of sodium from waste into a caustic soda solution. The method involves mixing waste with calcium, aluminosilicate and ferrous components in an amount of 0.10-0.25 wt. % in terms of fluorine with a weight ratio of sodium to fluorine in the mineralizer of no more than 0.8 and subsequent heat treatment of the resulting mixture, sodium-fluorine-carbon-containing waste from the electrolytic production of aluminum is pre-treated in an aqueous solution with a lime-containing reagent with stirring, while maintaining the weight ratio of the amount of fluorine in waste to the amount of active calcium oxide in the lime-containing reagent 1: 1.40÷1.65. Pre-treatment of sodium-fluorine-carbon-containing waste from aluminum production is carried out in an aqueous solution with a lime-containing reagent with stirring, maintaining the weight ratio of liquid to solid 3.0÷6.5: 1, at a temperature of 65÷90C, for 30÷70 minutes. Fluff lime and/or carbide lime, a waste product from the production of acetylene from calcium carbide, can be used as a lime-containing reagent.
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.As sodium-fluorine-carbon-containing waste from the electrolytic production of aluminum, crushed spent coal lining of electrolytic cells for aluminum production, dust from electrostatic precipitators, gas cleaning sludge, coal foam flotation tailings, a mixture of fine sodium-fluorine-carbon-containing waste from the electrolytic production of aluminum, as well as a mixture of finely dispersed waste from aluminum electrolytic production can be used. sodium-fluorine-carbon-containing waste from electrolytic aluminum production with crushed spent coal lining of electrolyzers for aluminum production.
В результате обработки отходов известь содержащим реагентом получают синтетический флюорит (CaF2) и раствор, содержащий каустическую соду (NaOH).As a result of treating waste with lime containing a reagent, synthetic fluorite (CaF 2 ) and a solution containing caustic soda (NaOH) are obtained.
Недостаток известного решения связан с ограничением по использованию твердых продуктов переработки отходов алюминиевого производства только в цементной промышленности. Еще один недостаток связан с наличием в каустическом растворе алюмината натрия, образующегося при взаимодействии NaOH с гидроксидом алюминия Al(ОН)3 - продуктом каустификации фторида алюминия. Раствор каустической соды с примесью алюмината натрия ограниченно применим для абсорбции газообразных соединений фтора, т.к. в этом случае на газоочистных установках будет синтезироваться криолит. Этот криолит будет частично потерян со шламом газоочистки при осветлении газоочистных растворов, а также частично осядет в растворопроводах, чем осложнит эксплуатацию газоочистных установок.The disadvantage of the known solution is associated with the restriction on the use of solid products from processing waste from aluminum production only in the cement industry. Another drawback is associated with the presence of sodium aluminate in the caustic solution, which is formed by the interaction of NaOH with aluminum hydroxide Al(OH) 3 - a product of causticization of aluminum fluoride. A solution of caustic soda with an admixture of sodium aluminate is of limited use for the absorption of gaseous fluorine compounds, because in this case, cryolite will be synthesized at gas treatment plants. This cryolite will be partially lost with gas cleaning sludge during clarification of gas cleaning solutions, and will also partially settle in the solution pipelines, which will complicate the operation of gas cleaning plants.
Наиболее близким по назначению, по технической сущности и по наличию сходных существенных признаков к заявляемому является техническое решение, описанное в [Патент РФ №2624570, МПК С22В 7/00, C01F 11/22, опубл. 04.07.2017]. Этот способ выбран в качестве ближайшего аналога. Способ включает обработку натрий-фтор-углеродсодержащих отходов электролитического производства алюминия известьсодержащим реагентом при повышенной температуре, при перемешивании и весовом соотношении количества фтора в отходах к количеству активного оксида кальция в известь содержащем реагенте, составляющем 1:(1,40÷1,65), при этом обработку ведут в солевом растворе со шламового поля или в растворе из системы мокрой газоочистки алюминиевого производства, причем количество известь содержащего реагента, подаваемого на обработку 1 тонны отходов, дополнительно увеличивают пропорционально объему солевого раствора, подаваемого на обработку отходов, и концентрации в солевом растворе NaF, Na2CO3, NaHCO3: СаОакт. = (1,00÷1,05)x[0,88×Qp-pa×CNaF+0,70×Qp-pa×CNa2CO3+0,44×Qp-pa×CNaHCO3], где: СаОакт. - дополнительное количество активного оксида кальция в известьсодержащем реагенте на обработку 1 тонны отходов в солевом растворе, кг, Qp-ра - объем солевого раствора, подаваемого на обработку на 1 т отходов, м3, CNaF, CNa2CO3, CNaHCO3 - соответственно, концентрации в солевом растворе NaF, Na2CO3, NaHCO3, кг/м3, (1,00÷1,05) - коэффициент избытка активного оксида кальция - интервал, в котором достигают максимальной эффективности обработки натрий-фтор-углеродсодержащих отходов электролитического производства алюминия известьсодержащим реагентом. При этом обработку натрий-фтор-углеродсодержащих отходов электролитического производства алюминия известьсодержащим реагентом проводят с добавлением к солевому раствору технической воды, температуру обработки снижают до 40÷65°С, используют твердый известьсодержащий реагент, который загружают в суспензию натрий-фтор-углеродсодержащих отходов в солевом растворе, а получаемый в результате обработки отходов известьсодержащим реагентом раствор каустической соды, перед подачей в систему мокрой газоочистки, обрабатывают газами, содержащими углекислый газ. Недостатки ближайшего аналога:The technical solution described in [RF Patent No. 2624570, IPC S22B 7/00, C01F 11/22, publ. 07/04/2017]. This method was chosen as the closest analogue. The method involves treating sodium-fluorine-carbon-containing waste from the electrolytic production of aluminum with a lime-containing reagent at elevated temperatures, with stirring and the weight ratio of the amount of fluorine in the waste to the amount of active calcium oxide in the lime-containing reagent is 1:(1.40÷1.65), in this case, the treatment is carried out in a saline solution from a sludge field or in a solution from a wet gas purification system of an aluminum production, and the amount of lime-containing reagent supplied to the treatment of 1 ton of waste is additionally increased in proportion to the volume of the saline solution supplied to the waste treatment and the concentration in the saline solution NaF, Na 2 CO 3 , NaHCO 3 : CaO active. = (1.00÷1.05)x[0.88×Q p-pa ×C NaF +0.70×Q p-pa ×C Na2CO3 +0.44×Q p-pa ×C NaHCO3 ], where : CaO act . - additional amount of active calcium oxide in the lime-containing reagent for processing 1 ton of waste in saline solution, kg, Q p-ra - volume of saline solution supplied for processing per 1 ton of waste, m 3 , C NaF , C Na2CO3 , C NaHCO3 - respectively , concentrations in saline solution NaF, Na 2 CO 3 , NaHCO 3 , kg/m 3 , (1.00÷1.05) - coefficient of excess of active calcium oxide - interval in which maximum efficiency of treatment of sodium-fluorine-carbon-containing waste is achieved electrolytic production of aluminum with lime-containing reagent. In this case, the treatment of sodium-fluorine-carbon-containing waste from the electrolytic production of aluminum with a lime-containing reagent is carried out with the addition of technical water to the saline solution, the processing temperature is reduced to 40÷65°C, a solid lime-containing reagent is used, which is loaded into a suspension of sodium-fluorine-carbon-containing waste in the saline solution. solution, and the caustic soda solution obtained as a result of processing waste with a lime-containing reagent is treated with gases containing carbon dioxide before being fed into the wet gas cleaning system. Disadvantages of the closest analogue:
- наличие в каустическом растворе алюмината натрия, образующегося при взаимодействии NaOH с гидроксидом алюминия Al(ОН)3 - продуктом каустификации фторида алюминия;- the presence in the caustic solution of sodium aluminate, formed by the interaction of NaOH with aluminum hydroxide Al(OH) 3 - a product of causticization of aluminum fluoride;
- сырьевая база фторсодержащего сырья ограничена только натрий-фтор-углеродсодержащими отходами алюминиевого производства.- the raw material base of fluorine-containing raw materials is limited only by sodium-fluorine-carbon-containing waste from aluminum production.
- весовое отношение количества фтора в отходах к количеству активного оксида кальция в известьсодержащем реагенте, варьируется в широких пределах 1 : (1,40÷4,65). При этом отсутствует обоснование необходимого и достаточного избытка СаОакт.- the weight ratio of the amount of fluorine in the waste to the amount of active calcium oxide in the lime-containing reagent varies widely: 1: (1.40÷4.65). At the same time, there is no justification for the necessary and sufficient excess of CaO act .
Задачи предлагаемого технического решения:Objectives of the proposed technical solution:
- получение раствора каустической соды без примеси алюминатного раствора с минимально достаточным расходом активной извести;- obtaining a caustic soda solution without admixture of aluminate solution with a minimum sufficient consumption of active lime;
- расширение сырьевой базы фторсодержащего сырья для переработки заявляемым способом;- expansion of the raw material base of fluorine-containing raw materials for processing by the claimed method;
- увеличение выхода минерализатора при переработке отходов и промпродуктов алюминиевого производства.- increasing the yield of the mineralizer when processing waste and industrial products from aluminum production.
Технические результаты:Technical results:
- расширение сырьевой базы для приготовления газоочистных растворов, благодаря замене растворов кальцинированной соды на каустическую;- expansion of the raw material base for the preparation of gas cleaning solutions, thanks to the replacement of soda ash solutions with caustic soda;
- получение твердых продуктов каустификации с высоким содержанием синтетического флюорита, благодаря вовлечению в переработку фторсодержащих промпродуктов алюминиевого производства;- obtaining solid causticization products with a high content of synthetic fluorite, thanks to the involvement in the processing of fluorine-containing industrial products of aluminum production;
- возможность использования синтетического флюорита в других отраслях промышленности, в частности, в черной металлургии для повышения жидкотекучести металлургических шлаков;- the possibility of using synthetic fluorite in other industries, in particular, in ferrous metallurgy to increase the fluidity of metallurgical slags;
- снижение затрат на промывку растворопроводов газоочистных установок;- reduction of costs for flushing solution pipelines of gas treatment plants;
- получение концентрированного раствора каустической соды для нужд химической промышленности при упаривании растворов каустификации.- obtaining a concentrated solution of caustic soda for the needs of the chemical industry when evaporating caustic solutions.
Технические результаты достигаются тем, что в способе получения синтетического флюорита и раствора каустической соды, включающем обработку натрий-фтор-углеродсодержащих отходов электролитического производства алюминия в растворе известьсодержащим реагентом, в качестве натрий-фтор-углеродсодержащих отходов используют отходы и фторсодержащие промпродукты электролитического производства алюминия, а количество активной извести Са(ОН)2 (% вес), добавляемой к 100% отходов и промпродуктов, рассчитывают по формуле:Technical results are achieved by the fact that in the method for producing synthetic fluorite and caustic soda solution, which includes processing sodium-fluorine-carbon-containing waste from the electrolytic production of aluminum in a solution with a lime-containing reagent, waste and fluorine-containing industrial products from the electrolytic production of aluminum are used as sodium-fluorine-carbon-containing waste, and the amount of active lime Ca(OH) 2 (% weight) added to 100% of waste and industrial products is calculated using the formula:
где F - концентрация фтора в отходах и промпродуктах, связанного в NaF и AlF3, % вес;where F is the concentration of fluorine in waste and industrial products bound in NaF and AlF 3 ,% weight;
Al - концентрация алюминия в отходах и промпродуктах, связанного в AlF3, % вес;Al is the concentration of aluminum in waste and industrial products bound in AlF 3 ,% weight;
(1±0,02) - доверительный интервал, в который с надежностью 95% укладываются результаты экспериментов, а в качестве промпродуктов алюминиевого производства используют электролитную угольную пену, оборотный электролит, вторичный криолит.(1±0.02) is a confidence interval within which the experimental results fit with 95% reliability, and electrolyte carbon foam, recycled electrolyte, and secondary cryolite are used as industrial products for aluminum production.
Наличие в предлагаемом техническом решении признаков, отличных от признаков ближайшего аналога, позволяет сделать вывод о соответствии предлагаемого решения условию патентоспособности изобретения «новизна».The presence in the proposed technical solution of features different from those of the closest analogue allows us to conclude that the proposed solution complies with the patentability condition of the invention “novelty”.
Техническая сущность предлагаемого изобретения заключается в следующем.The technical essence of the proposed invention is as follows.
При каустификации отходы и промпродукты алюминиевого производства, содержащие фторалюминаты натрия (криолит Na3AlF6, хиолит Na5Al3F14), обрабатывают известьсодержащим реагентом, основу которого составляет известковое молоко. Известковое молоко представляет водную суспензию гидроксида кальция Са(ОН)2 с небольшим количеством растворенной извести. Во взаимодействие с фторалюминатами натрия вступает небольшое количество Са(ОН)2, которое в данный момент находится в растворенном виде:During caustification, waste and middling products from aluminum production containing sodium fluoroaluminates (cryolite Na 3 AlF 6 , chiolite Na 5 Al 3 F 14 ) are treated with a lime-containing reagent, the basis of which is milk of lime. Lime milk is an aqueous suspension of calcium hydroxide Ca(OH) 2 with a small amount of dissolved lime. A small amount of Ca(OH) 2 , which is currently in dissolved form, interacts with sodium fluoroaluminates:
По мере расходования Са(ОН)2, находящегося в растворе, растворяются новые порции Са(ОН)2 и вступают во взаимодействие с фторалюминатами натрия. Таким образом, каустификация фторидов протекает через постепенное растворение твердого Са(ОН)2 и перехода в продукты реакции: CaF2, Al(ОН)3 и NaOH.As the Ca(OH) 2 in solution is consumed, new portions of Ca(OH) 2 dissolve and interact with sodium fluoroaluminates. Thus, caustification of fluorides proceeds through the gradual dissolution of solid Ca(OH) 2 and the transition to reaction products: CaF 2 , Al(OH) 3 and NaOH.
При обработке фторсодержащих отходов и промпродуктов известьсодержащим реагентом установлено, что в растворе, отделенном от твердых продуктов каустификации, концентрация Nа2Ообщ., как правило, больше Na2Окауст. When treating fluorine-containing waste and industrial products with a lime-containing reagent, it was found that in the solution separated from the solid products of causticization, the concentration of Na 2 O total. , as a rule, more than Na 2 O caustic.
На фиг.1 в динамике показано изменение концентраций CaF2 в твердом продукте, Na2Ообщ. и Na2Окауст. в растворе при обработке криолита (Na3AlF6) известковым молоком.Figure 1 shows the dynamics of the change in the concentrations of CaF 2 in the solid product, Na 2 O total. and Na 2 O caustic. in solution when treating cryolite (Na 3 AlF 6 ) with lime milk.
Полученные экспериментальные данные указывают на то, что часть Na2О в растворе связано с Al2O3 в алюминат натрия NaAlO2. Это обстоятельство позволяет предположить, что образующийся по реакциям (1, 2) высокоактивный гидроксид алюминия Аl(ОН)3 взаимодействует с гидроксидом натрия (NaOH) с образованием алюминатного раствора (реакция 3).The experimental data obtained indicate that part of the Na 2 O in solution is associated with Al 2 O 3 to form sodium aluminate NaAlO 2 . This circumstance suggests that the highly active aluminum hydroxide Al(OH) 3 formed by reactions (1, 2) interacts with sodium hydroxide (NaOH) to form an aluminate solution (reaction 3).
Таким образом, получаемый раствор наряду с NaOH содержит некоторое количество алюминатного раствора. Присутствие NaAlO2 в растворе ограничивает его использование на «мокрой» газоочистке алюминиевых заводов. Абсорбция электролизных газов, содержащих фтористый водород, смесью каустического и алюминатного растворов приведет к кристаллизации криолита в установках «мокрой» газоочистки (реакция 4). Следствием этого будут потери фтористых солей со шламами газоочистки и зарастание растворопроводов осадками криолита.Thus, the resulting solution, along with NaOH, contains a certain amount of aluminate solution. The presence of NaAlO 2 in the solution limits its use in “wet” gas cleaning of aluminum smelters. Absorption of electrolysis gases containing hydrogen fluoride by a mixture of caustic and aluminate solutions will lead to crystallization of cryolite in “wet” gas cleaning installations (reaction 4). The consequence of this will be the loss of fluoride salts with gas cleaning sludge and the overgrowing of solution pipelines with cryolite sediments.
Для разложения алюминатного раствора и выведения из него гидроксида алюминия Al(ОН)3 в заявляемом техническом решении предлагается использовать дополнительное количество (избыток) извести. Наряду с известью, дозируемой на образование CaF2, в реакционную смесь вводят дополнительное количество извести на разложение алюминатного раствора. Избыток извести разлагает алюминатный раствор, связывая гидроксид алюминия в нерастворимое соединение катоит 3Са(ОН)2⋅2Al(ОН)3:To decompose the aluminate solution and remove aluminum hydroxide Al(OH) 3 from it, the proposed technical solution proposes using an additional amount (excess) of lime. Along with lime dosed for the formation of CaF 2 , an additional amount of lime is introduced into the reaction mixture to decompose the aluminate solution. Excess lime decomposes the aluminate solution, binding aluminum hydroxide into the insoluble compound cathoite 3Ca(OH) 2 ⋅2Al(OH) 3 :
В результате получаем раствор каустической щелочи без алюмината натрия, а твердые продукты каустификации при этом обогащаются гидроксидами кальция и алюминия.As a result, we obtain a caustic alkali solution without sodium aluminate, and the solid products of causticization are enriched with calcium and aluminum hydroxides.
В ходе экспериментов получена эмпирическая зависимость оптимальной дозировки активной извести Са(ОН)2 для обработки натрий-фтор-углеродсодержащих отходов и фторсодержащих промпродуктов электролитического производства алюминия:During the experiments, an empirical dependence was obtained on the optimal dosage of active lime Ca(OH) 2 for the treatment of sodium-fluorine-carbon-containing waste and fluorine-containing middlings of electrolytic aluminum production:
где Са(ОН)2 - количество активной извести (% вес), добавляемой к 100% отходов и промпродуктов;where Ca(OH) 2 is the amount of active lime (% weight) added to 100% of waste and industrial products;
F - концентрация фтора в отходах и промпродуктах, связанного в NaF и AlF3, % вес;F - concentration of fluorine in waste and industrial products bound in NaF and AlF 3 ,% weight;
А1 - концентрация алюминия в отходах и промпродуктах, связанного в AlF3, % вес;A1 - concentration of aluminum in waste and industrial products bound in AlF 3 ,% weight;
(1±0,02) - доверительный интервал, в который с надежностью 95% укладываются результаты экспериментов.(1±0.02) is a confidence interval within which the experimental results fit with 95% reliability.
Эмпирическая зависимость (6) справедлива не только для отходов, но и для обработки известковым молоком промпродуктов алюминиевого производства. К промпродуктам, в частности, относятся электролитная угольная пена, оборотный электролит, вторичный криолит.Empirical relationship (6) is valid not only for waste, but also for the treatment of industrial products of aluminum production with lime milk. Industrial products, in particular, include electrolyte carbon foam, recycled electrolyte, and secondary cryolite.
Электролитная угольная пена содержит 30-35% фтора и примерно столько же углерода. В настоящее время угольная пена перерабатывается методом флотационного обогащения с получением флотационного криолита и отхода - хвостов флотации. Переработка угольной пены методом каустификации по предлагаемому решению безотходная. Твердые продукты каустификации (CaF2, углерод, катоит) могут использовать цементники в качестве комплекса: фторсодержащий минерализатор + выгорающая добавка. Раствор каустической соды применим на газоочистке алюминиевых заводов взамен кальцинированной соды.Electrolytic carbon foam contains 30-35% fluorine and about the same amount of carbon. Currently, coal foam is processed by flotation enrichment to produce flotation cryolite and waste - flotation tailings. Processing of coal foam using the causticization method according to the proposed solution is waste-free. Solid caustification products (CaF 2 , carbon, cathoite) can be used by cementitious agents as a complex: fluorine-containing mineralizer + burn-out additive. A caustic soda solution is used in gas purification of aluminum smelters instead of soda ash.
Оборотный электролит нарабатывают в электролизерах для получения алюминия и периодически сливают. Причина образования оборотного электролита связана с избытком натрия, поступающего в электролит с глиноземом, и необходимостью поддержания низкого криолитового отношения электролита (молярное отношение NaF : AlF = 2,2-2,4). Натрий, поступающий с глиноземом, увеличивает криолитовое отношение электролита. Поэтому часть электролита из электролизера приходится периодически сливать и корректировать криолитовое отношение электролита добавкой фторида алюминия. Оборотный электролит содержит 52-55% фтора. При обработке его известковым молоком получают твердый продукт с высокой концентрацией CaF2.The circulating electrolyte is produced in electrolyzers to produce aluminum and is periodically drained. The reason for the formation of a recycled electrolyte is associated with the excess sodium entering the electrolyte with alumina and the need to maintain a low cryolite ratio of the electrolyte (molar ratio NaF:AlF = 2.2-2.4). Sodium supplied with alumina increases the cryolite ratio of the electrolyte. Therefore, part of the electrolyte from the electrolyzer must be periodically drained and the cryolite ratio of the electrolyte must be adjusted by adding aluminum fluoride. The circulating electrolyte contains 52-55% fluorine. When treated with lime milk, a solid product with a high concentration of CaF 2 is obtained.
Вторичным криолитом называют флотационный, регенерационный криолит или их механическую смесь. Содержание фтора во вторичном криолите 43-48% вес. Снижение криолитового отношения электролита в алюминиевых электролизерах привело к изменению баланса в структуре потребления соединений фтора и натрия. В результате вторичный криолит оказался ограниченно востребованным. Возврат в электролиз вторичного криолита в новых условиях является скорее вынужденной мерой, поскольку его образование вызвано наличием самого процесса электролиза. Переработка вторичного криолита по предлагаемому техническому решению уменьшит щелочную нагрузку на электролит, обеспечит получение синтетического флюорита для черной металлургии и цементной промышленности.Secondary cryolite is called flotation, regeneration cryolite or their mechanical mixture. The fluorine content in secondary cryolite is 43-48% wt. A decrease in the cryolite ratio of the electrolyte in aluminum electrolyzers led to a change in the balance in the structure of consumption of fluorine and sodium compounds. As a result, secondary cryolite turned out to be in limited demand. The return of secondary cryolite to electrolysis under new conditions is rather a necessary measure, since its formation is caused by the presence of the electrolysis process itself. Processing of secondary cryolite according to the proposed technical solution will reduce the alkaline load on the electrolyte and provide synthetic fluorite for the ferrous metallurgy and cement industry.
Сравнительный анализ предлагаемого технического решения с другими известными решениями в данной области выявил следующее.A comparative analysis of the proposed technical solution with other known solutions in this area revealed the following.
Известен способ получения фторида кальция из отходов производства экстракционной фосфорной кислоты: фосфогипса и фторсиликатных растворов. Фторид кальция получают путем взаимодействия при перемешивании в водной среде нерастворимой соли кальция и фторсодержащего соединения, в качестве взаимодействующих компонентов используют такие отходы экстракционной фосфорной кислоты, как фосфогипс и фторсиликатные растворы, смесь которых в стехиометрическом соотношении в пересчете на сульфат кальция и фторсиликат-ион обрабатывают раствором гидроксида натрия до получения рН 9-10. Выход продукта 98% [Патент РФ №2029731, МПК C01F 11/22, опубл. 27.02.1995].There is a known method for producing calcium fluoride from waste from the production of extraction phosphoric acid: phosphogypsum and fluorosilicate solutions. Calcium fluoride is obtained by mixing in an aqueous medium an insoluble calcium salt and a fluorine-containing compound; wastes of extraction phosphoric acid such as phosphogypsum and fluorosilicate solutions are used as interacting components, a mixture of which in a stoichiometric ratio in terms of calcium sulfate and fluorosilicate ion is treated with a solution sodium hydroxide to obtain a pH of 9-10. Product yield 98% [RF Patent No. 2029731, IPC C01F 11/22, publ. 02/27/1995].
Известен способ извлечения фтора в виде фторида кальция из фторсодержащих растворов, включающий обработку раствором гидроокиси кальция с последующим отделением продукта, в котором исходные растворы используют в количестве, обеспечивающем отношение ионов кальция к ионам фтора, равным 6÷8, при этом, содержание фтор-иона в исходном растворе может поддерживаться равным 0,015÷3,0 г/л, а обработку ведут при комнатной температуре при содержании фтор-иона 0,15÷3,0 г/л, а при содержании фтор-иона 0,015÷0,15 г/л - при 60÷90°С [А.с. СССР №1498711, МПК C01F 11/22, опубл. 07.08.1989].There is a known method for extracting fluorine in the form of calcium fluoride from fluorine-containing solutions, including treatment with a solution of calcium hydroxide followed by separation of the product, in which the initial solutions are used in an amount ensuring a ratio of calcium ions to fluorine ions equal to 6÷8, while the content of fluorine ion in the original solution can be maintained at 0.015÷3.0 g/l, and processing is carried out at room temperature with a fluorine ion content of 0.15÷3.0 g/l, and with a fluorine ion content of 0.015÷0.15 g/l l - at 60÷90°C [A.s. USSR No. 1498711, IPC C01F 11/22, publ. 08/07/1989].
Известен способ получения фторида кальция преимущественно из растворов криолитового производства, включающий обработку фторсодержащих растворов гидроокисью кальция, в котором обработку фторсодержащих растворов гидроокисью кальция ведут при массовом соотношении Са : F = (2+4) : 1 [А.с. СССР №1747385, МПК C01F 11/22, C01F 7/54, опубл. 15.07.1992].There is a known method for producing calcium fluoride primarily from solutions of cryolite production, including the treatment of fluorine-containing solutions with calcium hydroxide, in which the treatment of fluorine-containing solutions with calcium hydroxide is carried out at a mass ratio of Ca : F = (2+4) : 1 [A.s. USSR No. 1747385, IPC C01F 11/22, C01F 7/54, publ. 07/15/1992].
Известен способ получения фтористого кальция из фторсодержащих газов суперфосфатных заводов или кремнефтористоводородной кислоты, в котором фторсодержащие газы или кремнефтористоводородную кислоту обрабатывают раствором аммиака или едкой, или карбонатной щелочи, затем полученный щелочной фторид, после отделения кремнекислоты, приводят во взаимодействие с известью или известковым молоком или карбонатом кальция, при этом для обработки фторсодержащих газов или кремнефтористоводородной кислоты может быть применен оборотный раствор щелочи, полученной при обработке щелочного фторида, после отфильтрования фтористого кальция [А.с. СССР №101115, МПК C01F 11/22, заявлено 02.03.1951, опубл. 1955].There is a known method for producing calcium fluoride from fluorine-containing gases of superphosphate plants or hydrofluorosilicic acid, in which fluorine-containing gases or hydrofluorosilicic acid are treated with a solution of ammonia or caustic or carbonate alkali, then the resulting alkaline fluoride, after separating the silicic acid, is brought into interaction with lime or lime milk or carbonate calcium, while for the treatment of fluorine-containing gases or hydrofluorosilicic acid, a circulating solution of alkali obtained during the treatment of alkaline fluoride can be used after filtering the calcium fluoride [A.s. USSR No. 101115, IPC C01F 11/22, declared 03/02/1951, publ. 1955].
В результате сравнительного анализа предлагаемого решения с известными решениями в данной области не выявлено технических решений, характеризующихся аналогичной с предлагаемым решением совокупностью признаков:As a result of a comparative analysis of the proposed solution with known solutions in this area, no technical solutions were identified that are characterized by a set of features similar to the proposed solution:
- известьсодержащим реагентом обрабатывают отходы и фторсодержащие промпродукты электролитического производства алюминия;- waste and fluorine-containing industrial products of electrolytic aluminum production are treated with a lime-containing reagent;
- количество активной извести Са(ОН)2 (% вес.), добавляемой к 100% отходов и промпродуктов, рассчитывают по формуле:- the amount of active lime Ca(OH) 2 (wt.%) added to 100% of waste and industrial products is calculated using the formula:
где F - концентрация фтора в отходах и промпродуктах, связанного в NaF и AlF3, % вес;where F is the concentration of fluorine in waste and industrial products bound in NaF and AlF 3 ,% weight;
А1 - концентрация алюминия в отходах и промпродуктах, связанного в AlF3, % вес;A1 - concentration of aluminum in waste and industrial products bound in AlF 3 ,% weight;
(1±0,02) - доверительный интервал, в который с надежностью 95% укладываются результаты экспериментов.(1±0.02) is a confidence interval within which the experimental results fit with 95% reliability.
- в качестве фторсодержащих промпродуктов электролитического производства алюминия используют электролитную угольную пену, оборотный электролит, вторичный криолит.- electrolytic carbon foam, recycled electrolyte, and secondary cryolite are used as fluorine-containing industrial products for the electrolytic production of aluminum.
Таким образом, предлагаемое техническое решение соответствует условию патентоспособности изобретения «изобретательский уровень».Thus, the proposed technical solution meets the patentability condition of the invention “inventive step”.
Предлагаемый способ реализуется следующим образом.The proposed method is implemented as follows.
Пример 1Example 1
Навески хвостов флотации угольной пены, электролитной угольной пены и оборотного электролита по 100,0 г каждого обрабатывают известьсодержащим реагентом (известковым молоком). Содержание основных соединений и элементов в отходах и промпродуктах приведено в таблицах 1,2.Samples of flotation tailings of coal foam, electrolyte coal foam and circulating electrolyte, 100.0 g each, are treated with a lime-containing reagent (milk of lime). The content of main compounds and elements in waste and industrial products is given in tables 1 and 2.
Условия обработки отходов и промпродуктов приведены в таблице 3. Весовое отношение Ж:Т для разных видов отходов и промпродуктов выбрано с целью получить раствор каустической соды с близкой концентрацией NaOH. Количество активной Са(ОН)2 (% вес.) рассчитано по формуле:The conditions for processing waste and industrial products are given in Table 3. The weight ratio L:S for different types of waste and industrial products was chosen in order to obtain a caustic soda solution with a similar NaOH concentration. The amount of active Ca(OH) 2 (wt.%) is calculated by the formula:
Содержание основных соединений в твердых и жидких продуктах каустификации отходов и промпродуктов алюминиевого производства приведено в таблицах 4, 5.The content of the main compounds in solid and liquid products of causticization of waste and industrial products of aluminum production is given in tables 4, 5.
Выводы по результатам экспериментов:Conclusions from the experiments:
1. Синтетический флюорит и раствор каустической соды получают обработкой известьсодержащим реагентом как отходов, так и промпродуктов электролитического производства алюминия.1. Synthetic fluorite and caustic soda solution are obtained by treating both waste and industrial products of electrolytic aluminum production with a lime-containing reagent.
2. Количество активной извести Са(ОН)2, добавляемой к 100% отходов и промпродуктов и рассчитанное по формуле:2. The amount of active lime Ca(OH) 2 added to 100% of waste and middlings and calculated by the formula:
Са(ОН)2 = (1±0,02) × [l,95×F + 4,11×Al], обеспечивает полный перевод фтора в CaF2, а также практически полностью связывает образующийся гидроксид алюминия в нерастворимый катоит Ca3Al2(OH)12.Ca(OH) 2 = (1±0.02) × [l.95×F + 4.11×Al], ensures complete conversion of fluorine into CaF 2 , and also almost completely binds the resulting aluminum hydroxide into insoluble cathoite Ca 3 Al 2 (OH) 12 .
3. Получаемый раствор содержит каустическую соду и не содержит алюмината натрия.3. The resulting solution contains caustic soda and does not contain sodium aluminate.
Пример 2Example 2
Пыль электрофильтров электролитического производства алюминия обрабатывают известьсодержащим реагентом (известковым молоком). Обработку проводят по предлагаемому техническому решения в сравнении с ближайшим аналогом. Состав пыли электрофильтров приведен в таблицах 6, 7. Навеска пыли электрофильтров в каждом опыте составляет 100,0 г.Dust from electrostatic precipitators for electrolytic aluminum production is treated with a lime-containing reagent (milk of lime). Processing is carried out according to the proposed technical solution in comparison with the closest analogue. The composition of electrostatic precipitator dust is given in Tables 6, 7. The sample of electric precipitator dust in each experiment is 100.0 g.
В ближайшем аналоге весовое соотношение количества фтора в отходах к количеству активного оксида кальция в известьсодержащем реагенте регламентировано в пределах F : Са2Оакт. = 1 : (1,40÷1,65). В пересчете на активный гидроксид кальция отношение F : Са(ОН)2 составит 1 : (1,85÷2,18). В таблице 8 приведены условия обработки пыли электрофильтров известьсодержащим реагентом по предлагаемому способу и ближайшему аналогу. Количество Са(ОН)2акт. по ближайшему аналогу рассчитано, исходя из нижнего и верхнего пределов весовых отношений к фтору в отходе (1,85 и 2,18).In the closest analogue, the weight ratio of the amount of fluorine in the waste to the amount of active calcium oxide in the lime-containing reagent is regulated within the limits of F: Ca 2 O act. = 1: (1.40÷1.65). In terms of active calcium hydroxide, the ratio F : Ca(OH) 2 will be 1 : (1.85÷2.18). Table 8 shows the conditions for processing electrostatic precipitator dust with a lime-containing reagent according to the proposed method and the closest analogue. Amount of Ca(OH) 2 act. calculated according to the closest analogue based on the lower and upper limits of the weight ratio to fluorine in waste (1.85 and 2.18).
В таблице 9 показан молекулярный состав твердых продуктов каустификации пыли электрофильтров по предлагаемому способу в сравнении с ближайшим аналогом.Table 9 shows the molecular composition of solid products of causticization of electrostatic precipitator dust using the proposed method in comparison with the closest analogue.
В таблице 10 приведен состав растворов, полученных после каустификации пыли электрофильтров по предлагаемому способу в сравнении с ближайшим аналогом.Table 10 shows the composition of solutions obtained after causticization of electrostatic precipitator dust using the proposed method in comparison with the closest analogue.
Пример 3Example 3
Механическую смесь пыли электрофильтров 50 г и измельченной электролитной угольной пены 50 г обрабатывают известьсодержащим реагентом (известковым молоком). Содержание основных соединений и элементов в смеси отхода и промпродукта приведено в таблицах 11, 12.A mechanical mixture of electrostatic precipitator dust 50 g and crushed electrolyte carbon foam 50 g is treated with a lime-containing reagent (milk of lime). The content of the main compounds and elements in the mixture of waste and middling product is given in tables 11, 12.
Условия обработки смеси пыли электрофильтров и угольной пены приведены в таблице 13. Количество активной Са(ОН)2 (% вес.) рассчитано по формуле: Са(ОН)2 - (1±0,02) × [1,95×F + 4,11×Al].The processing conditions for a mixture of electrostatic precipitator dust and carbon foam are given in Table 13. The amount of active Ca(OH) 2 (wt.%) is calculated by the formula: Ca(OH) 2 - (1±0.02) × [1.95×F + 4.11×Al].
Содержание основных соединений в твердых и жидких продуктах каустификации смеси пыли электрофильтров и угольной пены приведено в таблицах 14, 15.The content of the main compounds in solid and liquid causticization products of a mixture of electrostatic precipitator dust and coal foam is given in Tables 14, 15.
В результате реализации предлагаемого технического решения достигаются следующие положительные результаты:As a result of the implementation of the proposed technical solution, the following positive results are achieved:
1. Расширяется сырьевая база для получения синтетического флюорита и газоочистных растворов на основе каустической соды, благодаря вовлечению в переработку промпродуктов алюминиевого производства.1. The raw material base for the production of synthetic fluorite and gas cleaning solutions based on caustic soda is expanding, thanks to the involvement in the processing of industrial products from aluminum production.
2. Увеличивается выход твердых продуктов каустификации и содержание в них фторида кальция.2. The yield of solid causticization products and the content of calcium fluoride in them increases.
3. Получаемый раствор содержит каустическую соду без примеси алюмината натрия и может использоваться для абсорбции газообразных соединений фтора и серы на алюминиевых заводах и других предприятиях, а также для получения концентрированного раствора NaOH.3. The resulting solution contains caustic soda without sodium aluminate and can be used to absorb gaseous fluorine and sulfur compounds in aluminum smelters and other enterprises, as well as to obtain a concentrated NaOH solution.
Claims (8)
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU2816485C1 true RU2816485C1 (en) | 2024-04-01 |
Family
ID=
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2837568C1 (en) * | 2024-09-20 | 2025-04-01 | Федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образования Сибирский федеральный университет | Method of producing synthetic fluorite |
Citations (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| 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 |
| CN106166560A (en) * | 2016-06-28 | 2016-11-30 | 大唐国际发电股份有限公司高铝煤炭资源开发利用研发中心 | A kind of processing method of waste cathode carbon block |
| RU2624570C1 (en) * | 2016-08-23 | 2017-07-04 | Общество с ограниченной ответственностью "Безотходные и малоотходные технологии" (ООО "БМТ") | Method of processing of sodium-fluorine-carbon-containing waste of electrolytic production of aluminium |
| RU2627431C1 (en) * | 2016-07-01 | 2017-08-08 | Общество с ограниченной ответственностью "Объединенная Компания РУСАЛ Инженерно-технологический центр" | Method for producing calcium fluoride from fluorocarbon-containing waste of aluminium production |
| CN111250515A (en) * | 2020-01-21 | 2020-06-09 | 山东大学 | Method for burning and fixing fluorine of waste cathode carbon block of electrolytic aluminum and application thereof |
Patent Citations (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| 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 |
| CN106166560A (en) * | 2016-06-28 | 2016-11-30 | 大唐国际发电股份有限公司高铝煤炭资源开发利用研发中心 | A kind of processing method of waste cathode carbon block |
| RU2627431C1 (en) * | 2016-07-01 | 2017-08-08 | Общество с ограниченной ответственностью "Объединенная Компания РУСАЛ Инженерно-технологический центр" | Method for producing calcium fluoride from fluorocarbon-containing waste of aluminium production |
| RU2624570C1 (en) * | 2016-08-23 | 2017-07-04 | Общество с ограниченной ответственностью "Безотходные и малоотходные технологии" (ООО "БМТ") | Method of processing of sodium-fluorine-carbon-containing waste of electrolytic production of aluminium |
| CN111250515A (en) * | 2020-01-21 | 2020-06-09 | 山东大学 | Method for burning and fixing fluorine of waste cathode carbon block of electrolytic aluminum and application thereof |
Non-Patent Citations (1)
| Title |
|---|
| БАРАНОВ А.Н. и др. Производство фторида кальция из твердых и жидких отходов процесса получения алюминия, Journal of Siberian Federal University. Engineering & Technologies, 4 (2015, 8), p. 468-474. * |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2837568C1 (en) * | 2024-09-20 | 2025-04-01 | Федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образования Сибирский федеральный университет | Method of producing synthetic fluorite |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| CN113428876B (en) | System and process for harmless treatment of secondary aluminum ash and recycling of all elements | |
| JP2022544772A (en) | Process for making calcium oxide or ordinary Portland cement from calcium-bearing rocks and minerals | |
| WO2013143335A1 (en) | Method for extracting aluminium oxide in fly ash by alkaline process | |
| Sizyakov et al. | About the role of hydrafed calcium carboaluminates in improving the technology of complex processing of nephelines | |
| CN106115751B (en) | A kind of method that utilization two-part acid reaction method extracts aluminum oxide | |
| CN114772626A (en) | Method for co-producing sodium sulfate and calcium carbonate from sodium bicarbonate desulfurized fly ash | |
| RU2393241C1 (en) | Procedure for processing fine-dispersed sodium-fluorine-carbon containing wastes of electrolytic production of aluminium | |
| JP2014080347A (en) | Extraction method of magnesium oxide from semifired dolomite | |
| CN112830505A (en) | A method for purifying salt-making mother liquor slurry by flue gas method | |
| CN106277005B (en) | A kind of method that ice crystal, calcium carbonate and sodium sulphate are reclaimed in the resource from calcium fluoride sludge | |
| RU2462418C1 (en) | Method of producing aluminium fluoride | |
| RU2816485C1 (en) | Method of producing synthetic fluorite and caustic soda solution | |
| RU2402621C1 (en) | Procedure for processing fluorine-containing materials used in electrolytic production of aluminium | |
| RU2814124C1 (en) | Method for processing sodium-fluorine-carbon-containing waste from electrolytic aluminium production | |
| RU2837568C1 (en) | Method of producing synthetic fluorite | |
| RU2821274C1 (en) | Method of producing alkali-free mineralizer for burning clinker from fluorine-containing wastes of aluminium production | |
| RU2627431C1 (en) | Method for producing calcium fluoride from fluorocarbon-containing waste of aluminium production | |
| RU2742987C1 (en) | Method for defluorination and isolation of anhydrous sodium sulphate from working gas cleaning solutions of aluminum electrolysers | |
| RU2577871C1 (en) | Method for producing portland cement | |
| RU2277068C2 (en) | Method of production of lithium fluorides for electrolytic production of aluminum (versions) | |
| RU2624570C1 (en) | Method of processing of sodium-fluorine-carbon-containing waste of electrolytic production of aluminium | |
| CA2556439C (en) | Treatment of alkaline bayer process residues | |
| AU2020204007B2 (en) | Processes and systems for regenerating alkali process streams | |
| RU2487082C1 (en) | Method of producing calcium fluoride | |
| RU2572988C1 (en) | Method of obtaining calcium fluoride from fluorine-containing solutions |