3.5 Предлагаемый метод переработки твёрдых отходов и шламовых полей
Многие разработки предусматривают передачу отходов на сторону с потерей ценных для производства алюминия компонентов, хотя сложившийся в электролизе алюминия баланс потребности в криолите и фтористом алюминии требует проводить переработку твердых фторуглеродсодержащих отходов с получением фторида алюминия. Предлагаемая безотходная технология переработки фторуглеродсодержащих материалов шламовых полей (рисунок 6), заключается в сжигании отходов, утилизации тепла, улавливании фтора из отходящих газов и получении сырья для производства алюминия.
В качестве основного агрегата применяется печь кипящего слоя (КС), которая отличается простотой конструкции, большой производительностью, высокой степенью механизации и автоматизации процесса, обеспечивает высокую эффективность использования тепла отходящих газов. Рабочее пространство печи представляет собой цилиндрическую шахту, образованную подиной, стенками корпуса и сводом печи. Объем рабочего пространства определяется заданной производительностью агрегата, которая в свою очередь обусловлена величиной площади подины. Большая высота шахты печи способствует более полному обжигу материала и меньшему уносу пыли с отходящими газами. Исходная шихта (влажность до 25 %) непрерывно загружается на ванну кипящего слоя, а продукт обжига - огарок самотеком удаляется из печи.
Пылевынос при обжиге в кипящем слое составляет 25 — 40 %, следовательно, необходима эффективная система пылеулавливания — две пылевые камеры и два циклона. В циклонах помимо осаждения пыли снижается температура газов (перед циклонами температура 450 - 550 °С). Эффективность такой системы составляет примерно 98 %. Далее газы направляют в систему сухой газоочистки и мокрый скруббер (улавливание оксида серы). При обжиге в печах КС уловленная пыль и огарок близки по химическому составу и представляют собой готовую продукцию - фторглиноземный концентрат.
Производительность печей КС зависит от ряда факторов: гранулометрического состава и физических свойств обжигаемого материала; параметров и качества воздушного дутья (давления, скорости, содержания кислорода); температуры и толщины кипящего слоя; конструкции печи и ее габаритных размеров. Обжигаемые материалы отличаются между собой по содержанию углерода. Чем больше содержание углерода, тем меньше удельная производительность агрегата по перерабатываемому материалу. Материальный и тепловой балансы процесса обжига, просчитанные для шихты разных составов, позволяют сделать вывод о возможности совместного обжига хвостов флотации, шламов газоочистки и лежалых отходов шламовых полей.
В процессе окислительного обжига углеродная составляющая шихты выгорает с выделением в слое большого количества тепла. Температура в слое обжигаемых материалов поддерживается на уровне 800 °С. Для отвода избыточного тепла используется система испарительного охлаждения с принудительной циркуляцией воды. Непосредственно в зоне кипящего слоя установлены змеевики, в которые подается химически очищенная вода. Пароводяная смесь, полученная в результате отвода тепла из всех агрегатов (печи КС, пылевых камер, циклонов), поступает в барабан — сепаратор, где разделяется на воду и пар. Их можно использовать на технические нужды предприятия. При расширении отделения обжига отходов алюминиевого производства можно будет ставить вопрос о получении пара высокого давления в котлах - утилизаторах. Общая схема безотходной технологии представлена на рисунке 6.
____ — существующая схема;
- - - - — предлагаемая схема.
Рисунок 6 – Перспективная безотходная технологическая схема переработки твердых фторсодержащих отходов электролизного производства
Полученный в результате обжига фторглиноземный концентрат может использоваться также успешно, как и флотационный концентрат, при электролизе алюминия. В зависимости от состава исходной шихты содержание основных компонентов в огарке меняется. Среднее содержание в огарке: 35 % Аl2О3 и 30% NaF.
Расчет оборудования показал, что одной печи с площадью пода 12 м2 и удельной производительностью по перерабатываемым материалам 1,8 т/м2 сутки достаточно для переработки образующихся отходов, однако имеется возможность повысить производительность установки с целью переработки лежалых отходов шламовых полей.
В условиях современной модернизации алюминиевого производства необходима корректировка существующей технологической схемы, обеспечивающая сокращение и переработку образующихся отходов.
Переработку растворов газоочистки целесообразно производить на низкомодульный криолит (хиолит) с применением ионообменных фильтров с одновременным выводом сульфатов в виде раствора серной кислоты и продуктов ее переработки (сульфата алюминия).
С внедрением колонной флотации может быть сокращено количество твердых отходов, поступающих на шламовые поля, и начата переработка запасов заскладированного на них вторичного сырья с дополнительной регенерацией фтора и утилизацией углеродистых промпродуктов.
Таким образом, рассмотренные выше технические предложения позволяют значительно повысить эффективность систем газоочистки и отделений переработки фторсолейв электролизе алюминия.