способ переработки алюмосодержащих шлаков

Формула изобретения

Способ переработки алюмосодержащих шлаков, содержащих нитрид алюминия, путем водной отмывки для удаления растворимых солей металлов с регулированием рН раствора пульпы, отличающийся тем, что водную отмывку шлаков осуществляют с продувкой пульпы диоксидом углерода до получения значения рН 7,0-7,5.

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 А, кл. С04В 21/02, 10.10.1978). При использовании данного способа при отмывке водой выделяется аммиак, что ухудшает экологические условия труда.

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 С1, кл. С04В 7/24, 27.08.1997). При использовании данного способа при отмывке водой также выделяется аммиак, так как соляная кислота добавляется к шлаку после отделения солевого раствора хлоридов калия и натрия.

Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому изобретению является способ переработки алюмосодержащих шлаков, включающих нитрид алюминия, предусматривающий отмывку водой для удаления растворимых солей металлов, с добавлением соляной кислоты из расчета получения рН конечного раствора 6,5-7,5 (RU 2149845 С1, кл. С22В 7/04). Данный способ осуществляют следующим образом: алюмосодержащие шлаки плавки алюминия и его сплавов (Аl 2-25%; Аl₂O₃ 5-45%; AlN 0,1-6%; SiO₂ 5-15%, сумма КСl и NaCl 1-60%; примеси - остальное) отмывают водой один или несколько раз с добавлением соляной кислоты из расчета получения рН 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 рН конечного раствора в пределах 6,5-7,5 на каждой стадии определяется тем, что при рН больше 7,5 из раствора выделяются пары аммиака, а при рН меньше 6,5 - пары хлористого водорода.

Однако применение соляной кислоты связано с необходимостью соблюдения повышенных требований техники безопасности. Кроме того, в получаемом солевом растворе может содержаться в небольших количествах хлорид кальция, что нежелательно при использовании солевого раствора для регенерации катионитовых фильтров.

Задача, на решение которой направлено заявляемое изобретение, состоит в улучшении экологических условий производства при отмывке водорастворимых солей металлов водой и упрощении выпарки полученного солевого раствора хлоридов металлов, а также возможности использования получаемого солевого раствора для регенерации катионитовых фильтров.

Поставленная задача достигается тем, что в известном способе переработки алюмосодержащих шлаков, включающих нитрид алюминия, путем отмывки водой для удаления растворимых солей металлов водную отмывку шлаков осуществляют с продувкой пульпы диоксидом углерода из расчета получения рН конечного раствора 7,0-7,5.

Способ осуществляют следующим образом: алюмосодержащие шлаки плавки алюминия и его сплавов (А1 2-25%; Аl₂О₃ 5-45%; AlN 0,1-6%; SiO₂ 5-15%, сумма КСl, NaCl и СаСl₂ 1-60%; примеси - остальное) отмывают водой один или несколько раз с продувкой пульпы диоксидом углерода из расчета получения рН раствора в пределах 7,0-7,5 (количество стадий зависит от заданной степени извлечения растворимых солей металлов). Необходимость введения диоксида углерода определяется наличием в исходных шлаках плавки алюминия и его сплавов нитридов алюминия, при взаимодействии которых с водой образуется гидроксид аммония. Гидроксид аммония нейтрализуется угольной кислотой. При этом также происходит частичное осаждение ионов кальция в виде карбоната кальция. Выбор интервала значений рН конечного раствора в пределах 7,0 - 7,5 на каждой стадии определяется тем, что при рН меньше 7,0 выпавший осадок СаСО₃ при дальнейшей продувке СО₂ растворяется с образованием бикарбоната кальция, а при рН больше 7,5 происходит выделение паров аммиака.

Пример осуществления способа

50 г алюмосодержащих шлаков плавильного производства (хим. состав. маc.%: Аl - 8,23; Аl₂О₃ - 15,5; AlN- 2,5; SiO₂ - 5,8; NaCl - 24,4; KCl - 38,1; CaCl₂ - 1,3; примеси - остальное) дисперсностью менее 50 мкм подвергали трехстадийной отмывке водой при температуре 20°С. 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 110 мл). Для осуществления 2-й и 3-й стадии отмывки к оставшейся суспензии добавляли по 110 мл дистиллированной воды.

В первой серии опытов по прототипу для получения нейтральных растворов на 1-й стадии отмывки добавляли 0,5 мл 10%-ной соляной кислоты, рН конечного раствора - 6,7; на 2-й стадии - 0,1 мл 10%-ной соляной кислоты, рН - 7,0; на 3-й стадии отмывки соляную кислоту не добавляли, т.к. рН раствора - 7,1, т.е. в заданных пределах. Полученный смешением декантатов всех трех стадий солевой раствор содержит NaCl - 60,4 г/л, KCl - 37,8 г/л, СаСl₂ - 1,6 г/л.

Во второй серии опытов по предлагаемому способу пульпу при выщелачивании продували углекислым газом на первой стадии до рН 7,0, на второй стадии - 7,0. Полученный смешением декантатов всех трех стадий солевой раствор содержит NaCl - 60,2 г/л, КСl - 37,9 г/л, СаСl₂ - 0,35 г/л. Таким образом, содержание ионов кальция существенно снизилось.

Водная отмывка шлаков может осуществляться двумя вариантами: с постоянной продувкой углекислым газом в процессе выщелачивания шлаков или в конце процесса. Первый вариант предпочтительнее, т.к. позволяет в ходе процесса не выходить за пределы рН 7,0-7,5 и исключает выделение аммиака.

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 солевой раствор для регенерации катионитовых фильтров.