способ переработки алюмосодержащих шлаков

Формула изобретения

Способ переработки алюмосодержащих шлаков, включающих нитрид алюминия, путем отмывки водой для удаления растворимых солей металлов, отличающийся тем, что водную отмывку шлаков осуществляют с добавлением соляной кислоты из расчета получения рН конечного раствора 6,5 - 7,5.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к способам переработки шлаков плавки алюминия и его сплавов, а также к технологиям производства строительных материалов и неорганических веществ, в частности к технологии получения основных хлоридов алюминия.

Известен способ переработки алюмосодержащих шлаков путем отмывки их водой с последующей сушкой полученного осадка, его измельчением до получения пудры, которую используют при приготовлении бетонной смеси в качестве газообразователя (US 4119476 A, кл. C 04 B 21/02, 10.10.1978).

Известен способ переработки алюмосодержащих шлаков путем отмывки их водой, смешения с гидроксидом кальция, выдержки при перемешивании до полного окисления металлического алюминия, брикетирования и обжига с получением высокоглиноземистого цемента (SU 465386 A, кл. C 04 B 7/32, 14.08.1975).

Известен способ переработки алюмосодержащих шлаков путем их отмывки водой, смешения с соляной кислотой, выдержки при перемешивании, отделения полученного раствора от непрореагировавшего остатка шлака с получением солевого раствора, из которого известным способом выделяют хлориды натрия и калия, коагулянт основной хлорид алюминия (гидроксохлорид алюминия - ГОХА) для очистки воды и дешевых строительных материалов (RU 2088544 C1, кл. C 04 B 7/24, 27.08.1997).

Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому изобретению является способ переработки металлургических шлаков, содержащих алюминий, галогениды, нитриды, карбиды и сульфиды металлов, включающий измельчение шлака, разделение на мелкую и крупную фракции, отмывку мелкой фракции водой для удаления галогенидов металлов с образованием газов, отделение ее от водного раствора, обработку промытой мелкой фракции шлака соляной кислотой с последующей фильтрацией и получением раствора основного хлорида алюминия (ГОХА) и шлама. При этом раствор хлоридов натрия и калия подвергают упариванию с выделением кристаллических хлоридов, шлам после фильтрации используют в качестве минерализатора в производстве цемента, газы, образующиеся при обработке мелкой фракции шлака водой, последовательно промывают водой и обрабатывают перекисью водорода с получением аммиачной воды и сернокислого алюминия, а оставшуюся смесь метана и водорода сжигают (RU 2061068 C1, кл. C 22 B 7/00, 27.05.1996).

Однако из-за наличия в исходных шлаках нитридов алюминия, процесс водной отмывки шлаков сопровождается выделением аммиака, а водный раствор отмытых солей имеет pH 10 - 12, что ухудшает экологические условия производства и затрудняет выпарку солевого раствора хлоридов калия и натрия.

Задачи, на решение которых направлено заявляемое изобретение, состоят в улучшении экологических условий производства при отмывке алюмосодержащих шлаков водой для удаления растворимых солей металлов и в упрощении выпарки полученного солевого раствора хлоридов металлов. Нейтрализация солевого раствора позволяет также использовать его для регенерации катионитовых фильтров вместо технической соли хлорида натрия.

Поставленные задачи достигаются тем, что в известном способе переработки алюмосодержащих шлаков, включающих нитрид алюминия, путем отмывки водой при удалении растворимых солей металлов, водную отмывку шлаков осуществляют с добавлением соляной кислоты из расчета получения pH конечного раствора 6,5 - 7,5.

Способ осуществляют следующим образом: алюмосодержащие шлаки плавки алюминия и его сплавов (A1 2-25%; Al₂O₃ 5 - 45%; AlN 0,1 -6%; SiO₂ 5 - 15%, сумма KCl и NaCl 1 - 60%; примеси - остальное) отмывают водой один или несколько раз с добавлением соляной кислоты из расчета получения pH раствора в пределах 6,5 - 7,5 (количество стадий зависит от заданной степени извлечения растворимых солей металлов). Необходимость добавления соляной кислоты определяется наличием в исходных шлаках плавки алюминия и его сплавов нитридов алюминия, при взаимодействии которых с водой образуется аммиак. Выбор интервала значений pH конечного раствора в переделах 6,5 - 7,5 на каждой стадии определяется тем, что при pH больше 7,5 из раствора выделяются пары аммиака, а при pH меньше 6,5 - выделения хлористого водорода.

Водная отмывка шлаков с добавлением соляной кислоты может осуществляться 2 вариантами: постоянным добавлением соляной кислоты в процессе выщелачивания шлаков или в конце процесса. Первый вариант предпочтительнее, т.к. позволяет в ходе процесса не выходить за пределы pH 6,5 - 7,5 и исключает выделение аммиака.

Пример осуществления способа.

50 г алюмосодержащих шлаков плавильного производства (хим. состав. % мас. : Al - 8,23; Al₂O₃ - 15,5; AlN - 2,5; SiO₂ - 5,8; NaCl - 24,4; KCl - 38,1; примеси - остальное) дисперсностью менее 50 мкм подвергали трехстадийной отмывке водой при температуре 20^oC. Шлак помещали в реактор, добавляли 150 мл дистиллированной воды и включали магнитную мешалку. Отмывку на всех стадиях проводили 10 мин. После отстаивания раствора (в течение 20 мин) производили разделение твердой и жидкой фаз декантацией (количество декантата 100 мл). Для осуществления 2 и 3 стадии отмывки к оставшейся суспензии добавляли по 100 мл дистиллированной воды.

Проводили параллельные серии опытов по отмывке шлаков: первую - водой, вторую - водой с добавлением соляной кислоты. В первом случае (без добавления соляной кислоты) величины pH получаемых растворов на каждой стадии соответственно составили: I - стадия - 11,3; 2 стадия - 9.1; 3 стадия - 7.2. На первой и второй стадиях отмывки происходит выделение газообразного аммиака. Во втором случае для получения нейтральных растворов на 1 стадии отмывки добавляли 0,5 мл 10%-ной соляной кислоты, pH конечного раствора - 6,7; на 2 стадии - 0,1 мл 10%-ной соляной кислоты, pH - 7,0; на 3 стадии отмывки соляную кислоту не добавляли, т.к. pH раствора - 7,1, т.е. в заданных пределах. Во второй серии опытов выделение газообразного аммиака не наблюдалось.

Таким образом, описанный способ улучшает экологические условия производства при отмывке водой алюмосодержащих шлаков плавки алюминия и его сплавов, упрощает выпарку полученного раствора хлоридов металлов, а также позволяет использовать его для регенерации катионитовых фильтров.