способ переработки шлама газоочистки производства первичного алюминия

Формула изобретения

1. Способ переработки шлама газоочистки производства первичного алюминия, включающий высокотемпературный окислительный обжиг с получением вторичного сырья для производства алюминия, отличающийся тем, что предварительно проводят магнитную сепарацию исходного материала, а обжиг осуществляют в присутствии модифицирующей добавки с последующей десульфуризацией возвратного продукта водой.

2. Способ по п.1, отличающийся тем, что магнитную сепарацию ведут при напряженности поля не менее 1000 Э.

3. Способ по п.1, отличающийся тем, что в качестве модифицирующей добавки используют соединения лития в количестве 7,5 10,0 мас. в пересчете на Li₂O.

4. Способ по п.1, отличающийся тем, что в качестве модифицирующей добавки используют соединения натрия в количестве 10 15 мас. в пересчете на Na₂O.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к цветной металлургии и может быть использовано в процессе переработки отходов газоочистки алюминиевого производства.

При электролизе алюминия из электролизеров выделяется большое количество газа, уносящего с собой твердые частицы. Основными компонентами газовой фазы являются оксиды углерода и летучие фториды. Твердые частицы состоят из оксида алюминия, криолита, углерода, органических веществ и содержат в виде примесей соединения железа, кальция, магния и сульфат натрия. Современные требования по охране окружающей среды могут быть обеспечены с использованием сложного и дорогостоящего оборудования для обработки отходящих из электролизеров газов, включающего сухую очистку в электрофильтрах и промывку жидкостями. При этом образуется значительное количество мелкодисперсного твердого шлама, который содержит ценные компоненты (натрий, алюминий, фтор), загрязненные примесями [1]

Известен способ переработки отходов алюминиевого производства, включающий пылеулавливание, нейтрализацию газов, обработку угольной пены маточным раствором газоочистки, получение криолита и возвращение осветленного раствора в систему газоочистки [2] Способ получил развитие в отечественной практике путем смешения растворов со шламами газоочистки, хвостами флотации угольной пены с последующей обработкой раствором гидроксида концентрации 1,0-1,6 г/л, отделением раствора от осадка при выдерживании отношения объемов растворов газоочистки и гидроксида кальция в пределах 1:(1-2) [3] Недостатками представленных способов являются высокие потери фтора и сложность процессов.

Наиболее близким к предлагаемому способу по максимальному совпадению существенных признаков следует признать процесс [4] который предусматривает окисление взвеси шлама, содержащего оксид алюминия и криолит, в реакторе с ожиженным слоем с одновременной агломерацией продукта, пригодного для возвращения в процесс производства алюминия. Окисление шлама в воздухе ведут при 770-800^oC, предпочтительно при 785-795^oC, с последующим охлаждением. Способ обеспечивает высокий выход возвратного продукта, но неприменим при использовании самообжигающихся анодов из-за высокого содержания в шламах сульфатов, железа и углеродсодержащих веществ. Кроме того, процесс высокотемпературной обработки шлама сопровождается значительными потерями фтора, которые в данном случае никак не контролируются. Способ принят за прототип.

Техническим результатом предлагаемого технического решения является получение вторичного сырья из шламов системы газоочистки для производства алюминия с использованием самообжигающихся анодов и уменьшение потерь фтора при получении возвратного продукта.

Это достигается тем, что перед окислением углеродсодержащей части шламы подвергают магнитной сепарации с последующим введением модифицирующей добавки. После окислительного обжига проводится десульфуризация полученного продукта путем отмывки растворимых сульфатов водой. К отличительным признакам способа относится также то, что магнитную сепарацию ведут при напряженности поля не менее 1000 Э. В качестве модифицирующей добавки используют соединения лития (LiOH, Li₂CO₃) при содержании 7,5-10,0 мас. в пересчете на Li₂O. Кроме того, в качестве модифицирующей добавки используют соединения натрия (NaOH, Na₂CO₃) при содержании 10,0-15,0 мас. в пересчете на Na₂O.

Сущность предлагаемого способа в том, что твердая фаза шламов содержит соединения железа с высокими показателями по магнитной восприимчивости благодаря восстановительной среде, обусловленной наличием в шламах свободного углерода. Частицы, обогащенные железом, образуются в результате коррозии конструкционных материалов. Магнитная сепарация шламов наиболее эффективна для очистки соединений железа. Установлено, что после окислительной обработки шламов эффективность очистки магнитной сепарацией резко снижается. Ввод модифицирующей добавки необходим для того, чтобы увеличить скорость окисления углеродсодержащей составляющей шламов и предотвратить потери фтора в виде летучих соединений при обжиге. Кроме того, добавка обеспечивает уменьшение потерь фтора при десульфуризации за счет связывания фтора в малорастворимые соединения. Так, введение соединений лития обеспечивает снижение растворимости соединений фтора и алюминия за счет образования LiF, Li₃AlF₆, Li₂OAl₂O₃. Данный вариант может быть использован как один из путей введения добавок лития в электролит при электролизе алюминия. Дальнейшая десульфуризация возвратного продукта отмывкой хорошо растворимого Na₂SO₄ в восходящем потоке воды не приводит к значительной потере ценных компонентов. При линейной скорости потока воды 0,1-0,8 м/с и расходе 0,5-1,5 м³/т продукта остаточное содержание сульфатов не превышает 2,0 мас.

Введение соединений натрия уменьшает потери фтора при обжиге и последующей десульфуризации за счет образования таких соединений как NaF, Na₃AlF₆. Хотя потери фтора в ходе десульфуризации выше при модифицировании шламов соединениями натрия, чем лития, натрий может быть использован как универсальная модифицирующая добавка.

Пример 1. Смесь шлама с электрофильтров и системы мокрой очистки, содержащего 1,9 мас. железа, высушивают при 100-120^oC, после чего ее подвергают магнитной сепарации для удаления магнитных соединений железа. Магнитную сепарацию проводят при напряженности магнитного поля 700-2000 Э. В табл. 1 приведены выход магнитной части и содержание в ней соединений железа, а также остаточное содержание железа в шламе в зависимости от напряженности магнитного поля.

Из данных табл. 1 следует, что получение магнитной фракции с высоким содержанием железа предпочтительно при напряженности поля менее 1000 Э. Получение же минимальных значений содержания железа в возвратном шламе возможно при напряженности поля более 1000 Э.

Пример 2. После магнитной сепарации в шламы с содержанием фтора около 16,0 мас. путем смешения вводят соли лития или натрия и подвергают окислительному обжигу при температуре 550^oC. В табл. 2 приведены потери фтора при обжиге обычного и модифицированного шламов газоочистки при различном содержании модифицирующей добавки.

Пример 3. Смесь шламов с электрофильтров и системы мокрой очистки с содержанием фтора около 16 мас. железа 1,9 мас. и сульфатов 10 мас. высушивали при 100-120^oC и подвергали магнитной сепарации при напряженности магнитного поля 1000 Э. Выход магнитной фракции составил 2,3 мас. В шлам с остаточным содержанием железа 0,4 мас. путем смешения вводили 10 мас. соли лития, после чего шлам подвергали окислительному обжигу при температуре 550^oC. Относительные потери фтора при окислительном обжиге составили 0,8 мас.

Обожженный продукт промывали восходящим потоком воды при литейной скорости 0,6 м/с и расходе 1,5 м³/т продукта. В указанных условиях содержание сульфатов снизилось с 10,0 до 2,0 мас.

Пример 4. Обработку шлама проводили как в примере 3, но в качестве добавки вводили 15 мас. соли натрия. Относительные потери фтора при окислительном обжиге составили 3,4 мас. Десульфуризацию обожженного продукта проводили как в примере 3. В указанных условиях содержание сульфатов также снизилось с 10,0 до 2,0 мас.

Как следует из приведенных примеров, оптимальное содержание добавки для эффективного уменьшения потерь фтора при обжиге составляет 7,5-10,0 мас. для лития и 10,0-15,0 мас. для натрия. Десульфуризацию обожженного шлама проводят восходящим потоком воды при линейной скорости потока 0,6 м/с и расходе 1,5 м³/т продукта. При оптимальном содержании модифицирующей добавки в указанных условиях промывки водой содержание сульфатов снижается с 10 до 2,0 мас.

Таким образом, предлагаемое техническое решение позволяет не только снизить потери фтора и содержание примесных соединений железа и серы в возвратном продукте при переработке отходов производства первичного алюминия, но и повысить технико-экономические показатели процесса обжига, так как он осуществляется при более низких температурах (500-600^oC) по сравнению с прототипом.

Источники информации

1. Ситтиг М. Извлечение металлов и неорганических соединений из отходов/Справочник. М. Металлургия, 1985. 125 с.

2. Пат. 2231305, США, 1937.

3. А.с. 1129270, СССР, 1984.

4. Пат. 4053375, США, 1977. прототип.