Добавил:
ivanov666
Опубликованный материал нарушает ваши авторские права? Сообщите нам.
Вуз:
Предмет:
Файл:Комплексное использование сырья и отходов алюминия и магния. Ч.1. Курс лекций-1
.pdf
стоящая в основном из хлоридов натрия и калия, может использоваться в дальнейшем в качестве покровного флюса, а
также как основа для приготовления рафинирующих флюсов.
Оксидная часть состоит преимущественно из оксидов алюминия
и кремния. Металлический алюминий перерабатывается вместе
с оксидной частью и полностью переходит в сплав, улучшая при
этом технико-экономические показатели электролиза [16, 17].
Рис. 6.4. Принципиальная схема переработки солевых
шлаков
51
ЛЕКЦИЯ 7. КОМПЛЕКСНАЯ
ПЕРЕРАБОТКА СОЛЕВЫХ
АЛЮМОСОДЕРЖАЩИХ ШЛАКОВ
ВТОРИЧНОГО СЫРЬЯ
Одним из методов получения алюминия из вторичного сырья
является плавка лома и отходов под слоем флюса. При получении
алюминиевых сплавов образуются солевые алюмосодержащие
шлаки, которые складируются в отвал. Шлаки состоят из хлоридов натрия и калия, оксидов алюминия, магния, кремния, железа, титана, кальция, корольков алюминиевого сплава, а также
из мелкодисперсного металла в виде частиц размером до 1 мм.
Под действием осадков содержащиеся в шлаках хлориды
выщелачиваются, засоляют почву, отравляют водоемы и грунтовые воды. В процессе разложения шлаков выделяются такие
вредные газы, как аммиак, сероводород, которые загрязняют
атмосферу. Наибольшую опасность представляют мелкодисперсные пылевидные частицы, которые легко поднимаются ветром
и переносятся на значительные расстояния. Они загрязняют атмосферу, почву и водоемы [18–20].
Потери алюминия в виде глинозема значительно превышают
потери металла в виде корольков.
Актуальность проблемы переработки шлаков обусловлена
возможностью вернуть в хозяйственный оборот тысячи тонн металла, теряемых в настоящее время с отвалами, а также необходимостью решить важнейшую экологическую проблему. Также
утилизация шлаков в отвалах приводит к финансовым затратам
на непроизводственные транспортные расходы, что значительно
повышает себестоимость получаемого металла.
Попытки переработать алюмосодержащие шлаки предпринимались неоднократно, однако до сих пор не разработана экономически эффективная технология [21–23].
7.1. Полигоны для хранения
производственных отходов
Централизованный сбор, обезвреживание и захоронение ток-
сичных отходов промышленных предприятий производится
52
на специально сооружаемых полигонах. В состав таких полигонов должны входить завод по обезвреживанию отходов, участок
захоронения отходов и гараж для специализированного транспорта, предназначенного для перевозки отходов.
Участок захоронения токсичных промышленных отходов
представляет собой территорию для размещения специально
оборудованных карт, в которые складируются токсичные твердые отходы I, II и III классов и, при необходимости, IV класса
токсичности (I
III
–
умеренно опасные и IV – малоопасные). На первый взгляд
–
чрезвычайно опасные; II – высоко опасные;
может показаться, что данная карта не нужна, но если разобраться, то на любом предприятии должна быть организована
работа по обращению с опасными отходами производства и потребления. Незнание правил обращения и хранения опасных
отходов может стать причиной аварийных последствий, несчастных случаев на предприятии, вплоть до летательного исхода.
Отходы электролизных цехов относятся к II–IV группам. Поэтому указанные выше требования распространяются и на шламовые поля алюминиевых заводов, на которые транспортируются шламы газоочистки и хвосты флотации. В настоящее время
эти отходы, так называемые флотационные хвосты, не используются и отводятся в шламовые отстойники. Туда же вывозятся
для последующего захоронения отходы отработанной футеровки, пыль из электрофильтров, отходы капитального ремонта баковой аппаратуры и трубопроводов.
Полигоны следует размещать на площадках, исключающих
загрязнение окружающей среды. Размер участка захоронения
промышленных отходов устанавливается исходя из срока накопления отходов в течение 20–25 лет.
Периметр участка захоронения ограждают забором из колючей
проволоки высотой 2,4 м с автоматической охранной сигнализацией.
Дождевые и талые воды отводят в специальные пруды, состоящие из двух секций. Чистые воды направляют на производственные нужды, а загрязненные – в пруд-испаритель или на завод для обезвреживания.
53
Отходы разных классов токсичности подлежат раздельному
захоронению. Размер карты не регламентируется, но он должен
обеспечить прием отходов на захоронение в течение не более
2 лет.
Вокруг полигонов для захоронения токсичных промышленных отходов предусмотрена организация санитарно-защитной
зоны шириной не менее 3000 м.
Приведенные выше требования к полигонам для приема,
переработки и захоронения отходов свидетельствуют о значительных капиталовложениях в их сооружение и эксплуатацию.
Поэтому меры по снижению количества отходов являются экономически целесообразными.
Как уже отмечалось, шламы газоочистки и хвосты флотации
репульпируются до соотношения Ж:Т = (50–70):1 и на шламовое
поле направляются гидротранспортом.
Химический состав усредненного шлама следующий, %
(мас.): 21,03 F; 11,74 Аl; 13,85 Na; 0,8 Са; 0,14 Mg; 4,5
0,6
SiО2; 6,68
SО4 (40,08% – потери при прокаливании, в основ-
Fe2О3;
ном углерод); 2,46 смолистые вещества; остальное – незначительные количества соединений ванадия, галия и лития.
По периметру шламового поля уложен трубопровод, по которому транспортируется пульпа, и ее выход на поле предусмотрен в нескольких точках. Поступившая пульпа отстаивается,
а вода стекает в шандорный колодец и насосами возвращается
на приготовление раствора. Осветленная вода забирается плавучей насосной станцией или самотеком сбрасывается с гидроотвала. Количество оборотной воды достигает 2–3 м3 на тонну
алюминия. По мере накопления шламового поля шлам подлежит захоронению. Необходимость отсыпки заполненных шламовых полей связана с опасностью разноса токсичной пыли ветром.
Место расположения полигона для захоронения твердых отходов может находиться далеко от шламового поля и определяется местными условиями.
Основная задача эксплуатации полигона заключается в надзоре за состоянием ограждающих дамб и своевременном их ремонте.
54
7.2. Опытно-промышленные испытания
технологии разделения отходов на солевую
и оксидную часть
Нами были проведены опытно-промышленные испытания
технологии на ООО «Богаевский карьер» (Московская обл.)
по технологической схеме, представленной на рис. 7.1.
Схема включает в себя дробление с последующим грохочением, сухое измельчение в шаровой мельнице, водное выщелачивание измельченных солевых алюмосодержащих шлаков,
фильтрацию с целью отделения твердого остатка от солевого раствора, выпаривание солевого раствора с последующей сушкой и
получением основы для покровного и (или) покровно-рафинирующего флюса, который может быть возвращен на плавку алюминиевого лома.
Нами было установлено, что оптимальными параметрами
процесса выщелачивания является – 88–89%. Ее можно достичь
при температуре 60 °C, крупности 150 мкм, продолжительности
80 мин и отношении Ж:Т, равном 2:1.
Для водного выщелачивания измельченных солевых алюмосодержащих шлаков предлагается использовать вертикальные
реакторы типа пачук, в основе которых лежит принцип аэролифтного перемешивания. Он применяется в процессе непрерывного выщелачивания – перевода металла из твердой фазы в жидкую. Тогда пульпа руды насыщается воздухом и поднимается
по вертикальной трубе, которая размещается внутри чана, и выходит в выпускное сопло. Тяжелые частицы пульпы оседают, но
потом опять обдуваются воздухом и подымаются наверх. То есть
внутри емкости постоянно циркулирует пульпа с воздухом. Пачук достаточно чувствителен к гранулометрическому составу
пульпы. По производственным данным, для нормального функционирования аппарата размер частиц исходного сырья не должен превышать 150 мкм. Отклонение от этого размера может
приводить к накоплению «песков» в пачуках и уменьшению их
рабочего объема.
Сорбция (поглощение) твердых частиц из плотных пульп в пачуках с воздушным перемещением приводит к значительным затратам воздуха, резкому снижению эффективности из-за обра-
55
зования застойных зон и плохого распределения фаз по сечению
аппарата. Поэтому оптимальное отношение Ж:Т составляет 2:1.
Проведенные эксперименты также свидетельствуют о том,
что продолжительность выщелачивания составляет 80 мин, при
этом достигаются следующие показатели: выход кека – 77,3%;
извлечение солей – 88,4%.
Рис. 7.1. Технологическая схема проведения опытно-
промышленных испытаний
Таким образом, в результате опытно-промышленных испытаний были получены два продукта: солевой раствор и кек.
56
Рентгенофазовый анализ показал, что в состав солевой части
входят, % (мас.): NaCl 72,35; KCl 20,75; CaCl2 4,94; MgCl2 1,44;
прочие 0,52. Кек состоит из следующих компонентов, % (мас.):
Al2O3 72,01; MgO 12,67; SiO2 3,96; Fe2O3 2,34; CaO 6,98; TiO2
0,74; прочие (в том числе, 0,71 алюминий) 1,30.
Дополнительные исследования показали, что полученная солевая часть после измельчения и корректировки хлоридом калия и криолитом может быть использована для изготовления
покровных и покровно-рафинирующих флюсов [24–26]. Кек же
после сушки предлагается направлять на электролиз.
Укрупненные лабораторные испытания по электролизу проводились на технологической площадке УНПБ «Теплый Стан»
НИТУ «МИСиС» с целью получения сплава-раскислителя.
Процесс электролиза проводился следующим образом. Полученный твердый остаток после выщелачивания солевого алюмосодержащего шлака на базе ООО «Богаевский карьер» по предложенной выше схеме подвергали электролизу при температуре
960 °C, плотности тока 0,7 A/см2 и силе тока 1 кА. В качестве
электролита использовалась смесь фторида натрия и фторида алюминия с криолитовым отношением равным 2,3 и оксидная часть шлака в количестве 10 масс. %. Полученный выход
по току составил 87%.
Спектральный анализ показал, что в состав полученного
сплава входят, % (мас.): Al 95,90; Si 2,58; Ti 0,43; Fe 0,76; Cu
0,12; Zn 0,07; Mn 0,06; Pb 0,04; Cr 0,03; Ni 0,01, т.е. полученный
катодный продукт соответствует составу сплава-раскислителя
для стали.
Сплавы-раскислители широко используются в черной металлургии. Для подтверждения пригодности полученного сплава
для раскисления стали полученные образцы сплава весом 10 кг
были направлены на ОАО «Электростальский завод тяжелого
машиностроения». В ходе проведения испытаний было проведено две стандартные плавки на электродуговой печи емкостью 5 т
[27–28], которые полностью соответствовали ГОСТ 977–88 [29].
По результатам исследований и испытаний была предложена
технологическая схема переработки солевых алюмосодержащих
шлаков с получением покровных и покровно-рафинирующих
флюсов и сплава-раскилителя, которая представлена на рис. 7.2.
57
Рис. 7.2. Технологическая схема переработки солевых
алюмосодержащих шлаков
Стоит отметить, что предложенный и опробованный способ
имеет ряд преимуществ перед разработанными ранее механическими, пирометаллургическими и гидрометаллургическими
способами. Наиболее значимым преимуществом является комплексность предложенного способа, который позволяет перерабатывать все составляющие шлака [29–30].
Предложенная нами технологическая схема является эффективной и экономически рентабельной. Она позволяет вовлечь
в переработку солевые алюмосодержащие шлаки с получением
высоколиквидных товарных продуктов.
58
ЗАКЛЮЧЕНИЕ
Информация, которая изложена в курсе лекций «Комплексное использование сырья и отходов алюминия и магния», помогает сформировать у студентов систему профессиональных
знаний в области производства металлов, а также комплексной
переработки их сырья и отходов. Эта информация может быть
использована при выполнении курсового и дипломного проектирования.
59
БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК
1. Производство алюминия / В.Г. Тереньтев [и др.]. Иркутск:
Папирус-АРТ, 1998. 350 с.
2. Металлургия алюминия / Ю.В. Борисоглебский [и др.].
2-е изд. Новосибирск: Наука. Сибирская издательская фирма
РАН, 2000. 438 с.
3. Москвитин В.И., Николаев И.В., Фомин Б.А. Металлургия
легких металлов. М.: Интермет Инжиниринг, 2005.
4. Производство алюминия / В.Г. Тереньтев [и др.]. Иркутск:
Папирус-АРТ, 1998. 350 с.
5. Бобович Б.Б., Девяткин В.В. Переработка отходов производства и потребления: справочное издание / под ред. Б.Б. Бобовича. М.: Интермет Инжиниринг, 2000. 496 с.
6. Галевский Г.В., Кулагин Н.М., Минцис М.Я. Экология
и утилизация отходов в производстве алюминия: учеб. пособие
для вузов. Новосибирск: Наука. Сибирское предприятие РАН,
1997. 159 с.
7. Баранов А.Н., Гавриленко Л.В., Янченко Н.И. Экологические проблемы металлургического производства: учеб. пособие.
Иркутск: ИрГТУ, 2007. 208 с.
8. Янко Э.А. Производство алюминия: пособие для мастеров
и рабочих цехов электролиза алюминиевых заводов. СПб.: Изд.
Санкт-Петербургского университета, 2007.
9. Галевский Г.В. Технологии производства электродных
масс для алюминиевых электролизеров. Новосибирск: Наука,
2010. 19 с.
10. Утилизация вторичных материальных ресурсов в металлургии / К.А. Черепанов [и др.]. М.: Металлургия, 1994. 224 с.
11. Переработка шлаков и безотходная технология в металлургии / М.И. Панфилов [и др.]. М.: Металлургия, 1987. 238 с.
12. Ласкорин Б.Н., Чалов В.И. Безотходное производство
в металлургии. М.: Металлургия, 1988. 71 с.
13. Ляпкин А.А., Чуракова Н.С., Шпектор А.А. Комплексная переработка отходов литейного производства: обзор. М.: НИИмаш, 1983. 56 с.
14. Бурцева Н.В. Утилизация токсичных отходов плавки
алюминиевых сплавов // Тез. докл. Молодеж. науч.-техн. конф.
«24-е Гагаринские чтения». М.: РГТУ – МАТИ, 1998. Ч. 5. С. 54.
60
Соседние файлы в предмете [НЕСОРТИРОВАННОЕ]