CC BY
65
Оригинальная статья / Original article УДК: 662.2.01
DOI: 10.21285/1814-3520-2016-8-161-168
ИЗУЧЕНИЕ ТЕХНОЛОГИЧЕСКИХ ПАРАМЕТРОВ ПОЛУЧЕНИЯ УГЛЕРОДСОДЕРЖАЩЕГО ПРОДУКТА ИЗ ТЕХНОГЕННОГО СЫРЬЯ ОАО «РУСАЛ БРАТСК»
А А Л
© П.А. Якушевич1, Н.В. Немчинова2, Л.В. Гавриленко3
1ОАО «РУСАЛ Братск»,
665716, Россия, Иркутская область, г. Братск.
2Иркутский национальный исследовательский технический университет, 664074, Россия, г. Иркутск, ул. Лермонтова, 83.
3Дирекция по технологии и техническому развитию алюминиевого производства ООО «РУСАЛ Инженерно-технологический центр» в г. Братске, 665716, Россия, Иркутская область, г. Братск.
Резюме. Цель. Изучение способов получения углеродсодержащего продукта с заданными свойствами (с повышенным содержанием углерода) при производстве вторичного криолита из техногенного сырья ОАО «РУСАЛ Братск». Методы. Усовершенствование технологической схемы переработки шлама газоочистки; химический и гранулометрический анализы проб техногенного сырья. Результаты. Проведено изучение химического и гранулометрического составов исходной пробы техногенного сырья. Изучено влияние расхода флотореагента (смеси керосина и соснового масла в соотношении 10:1) на извлечение ценных компонентов и качество получаемых продуктов. Предложены изменения в существующей схеме флотации с целью минимизации выхода отвальных хвостов и повышения качества углеродсодержащего концентрата. Заключение. Показано, что проба техногенного сырья Братского алюминиевого завода (смесь хвостов флотации, шлама газоочистки и пыли электрофильтров) содержит основные компоненты, %, соответственно: С - 60,48; F - 16,03, Al2O3 - 11,36. Установлено, что углерод концентрируется в крупных классах (+0,160 мм), а фторсодержащие соединения и оксид алюминия сосредоточены во флотационных классах (-0,160 мм). При введении дополнительных операций - второй пере-чистной, контрольной и промпродуктовой флотаций - в действующую схему переработки шламов газоочистки был получен углеродсодержащий концентрат с содержанием углерода 77,55 мас. % (извлечение данного элемента увеличилось до 71,9% при расходе флотореагента 5,4 кг/т).
Ключевые слова: производство алюминия, фторуглеродсодержащие отходы, шлам газоочистки, флотация, углеродсодержащий продукт.
Формат цитирования: Якушевич П.А., Немчинова Н.В., Гавриленко Л.В. Изучение технологических параметров получения углеродсодержащего продукта из техногенного сырья ОАО «РУСАЛ Братск» // Вестник Иркутского государственного технического университета. 2016. № 8 (115). С. 161-168. DOI: 10.21285/1814-3520-20168-161-168
STUDY OF TECHNOLOGICAL PARAMETERS OF OBTAINING CARBON-CONTAINING PRODUCT FROM TECHNOGENIC RAW MATERIALS OF «RUSAL BRATSK» JSC P.A. Yakushevich, N.V. Nemchinova, L.V. Gavrilenko
JSC "RUSAL Bratsk", Bratsk, Irkutsk region, 665716, Russia. Irkutsk National Research Technical University, 83, Lermontov St., Irkutsk, 664074, Russia.
Directorate on technology and technical development of aluminum production LLC "RUSAL Engineering and Technological Center", Bratsk, Irkutsk region, 665716, Russia.
Якушевич Павел Анатольевич, аппаратчик в производстве солей, e-mail: Yakushevich.Pavel@gmail.com Yakushevich Pavel, equipment operator in salt production, e-mail: Yakushevich.Pavel@gmail.com
2Немчинова Нина Владимировна, доктор технических наук, профессор, заведующая кафедрой металлургии цветных металлов, e-mail: ninavn@yandex.ru
Nemchinova Nina, Doctor of technical sciences, Professor, Head of the Department of Non-Ferrous Metals Metallurgy, e-mail: ninavn@yandex.ru
3Гавриленко Людмила Владимировна, кандидат технических наук, менеджер, е-mail: Lyudmila.Gavrilenko@rusal.com
Gavrilenko Lyudmila, Candidate of technical sciences, Manager, e-mail: Lyudmila.Gavrilenko@rusal.com
Abstract. The purpose of this paper is to study the production methods of a carbon-containing product with specified properties (with high carbon content) in the production of secondary cryolite from the technogenic raw materials of "RUSAL Bratsk" JSC. The following methods are used: improvement of the flow sheet for the processing of gas purification sludge, chemical and grain size analysis of technogenic raw material samples. Results. The chemical composition and the grain size of the initial sample of technogenic raw material were studied. The effect of flotation reagent consumption (a mixture of kerosene and pine oil in the ratio of 10:1) on the extraction of valuable components and the quality of obtained products was researched. The changes were introduced into the existing flotation scheme in order to minimize the tailing yield and improve the quality of the carbon-containing product. Conclusion. It is shown that the sample of the Bratsk aluminum smelter technogenic raw material (a mixture of flotation tailings, gas purification sludge and electrostatic precipitator dust) contains the following main components, %: C - 60.48; F - 16.03, Al2O3 - 11.36. It is determined that carbon is concentrated in large classes (0.160 mm), while fluorine-containing compounds and aluminum oxide are concentrated in flotation classes (-0.160 mm). Introduction of additional operations including second recleaning, control and middling product flotation into the existing flow sheet of gas purification sludge recycling allowed to obtain a carbon-containing concentrate with the carbon content of 77.55 wt. % (extraction of this element has increased to 71.9% under flotation reagent consumption of 5.4 kg /t).
Keywords: aluminum production, fluorine and carbon containing waste, gas purification sludge, flotation, carbon-containing product
For citation: Yakushevich P.A., Nemchinova N.V., Gavrilenko L.V. Study of technological parameters of obtaining carbon-containing product from technogenic raw materials of «RUSAL Bratsk» JSC. Proceedings of Irkutsk National Research Technical University. 2016, no. 8 (115), pp. 161-168. DOI: 10.21285/1814-3520-2016-8-161-168
Введение
Открытое акционерное общество «РУСАЛ Братск» (Братский алюминиевый завод (БрАЗ)) - одно из крупнейших алюминиевых предприятий мира - летом 2016 г. отмечало свое 50-летие. Годовая мощность предприятия - более 1 млн тонн первичного алюминия [1]. БрАЗ имеет 25 корпусов электролиза, оснащенных ваннами с
самообжигающимся анодом (анодом Со-дерберга) и верхним токоподводом (рис. 1) [2, 3]. Производство первичного алюминия на БрАЗе, основанное на электролитическом разложении глинозема в расплаве криолита, сопряжено с образованием различных фторуглеродсодержащих материалов (хвосты флотации при переработке
Рис. 1. Механизированный съем угольной пены на электролизере с анодом Содерберга
при получении первичного алюминия Fig. 1. Mechanized scraping of coal foam on the electrolytic cell with the Soderberg anode under primary aluminum production
угольной пены, шлам «мокрой» газоочистки и пыль электрофильтров) [4]. Данные отходы на сегодняшний день размещаются на шламовых полях, негативно влияя на окружающую среду [5-7]. Между тем, эти техногенные материалы представляют собой
ценное сырье для металлургической промышленности [8]. В связи с этим нами были проведены исследования по получению ценного углеродсодержащего продукта из отходов электролизного производства ОАО «РУСАЛ Братск».
Цель и методы исследования
Целью наших исследований являлось изучение способов получения углеродсодержащего продукта с заданными свойствами (с повышенным содержанием углерода) при производстве вторичного криолита из техногенного сырья ОАО «РУСАЛ Братск».
Для совершенствования действующей технологии производства вторичного криолита с получением углеродсодержаще-
го продукта, пригодного для дальнейшей переработки, были проведены исследования по доизвлечению фтора из техногенного сырья с одновременным увеличением содержания ценного компонента (С). Для изучения характеристик техногенного сырья были использованы количественный химический и гранулометрический методы анализа состава изучаемой пробы.
Результаты исследований
Состав исходной усредненной пробы техногенного сырья - смеси фторугле-родсодержащих материалов (хвостов флотации, шлама газоочистки и пыли электрофильтров) - был определен титриметри-ческим методом по методике Центральной заводской лаборатории ОАО «РУСАЛ Братск» (табл. 1).
На остальные 6,72 мас. % приходятся соединения кремния, кальция, магния и др.
Для более детальной оценки исследуемого материала был проведен гранулометрический анализ пробы с помощью анализатора ANALYSETTE-3 фирмы FRITSCH (Германия) и установлено распределение основных компонентов по классам крупности (табл. 2).
Результаты гранулометрического анализа показали, что во флотационных (мелких - до 0,160 мм) классах содержится до 74,5 мас. % фтора, а 60,9 мас. % углерода - в более крупных классах.
Опыты по получению углеродного концентрата проводились по существующей схеме флотации шлама газоочистки, используемой на ОАО «РУСАЛ Братск» (рис. 2), по которой исходная проба сырья подвергалась репульпации, после чего поступала в процесс основной флотации. Пенный продукт основной флотации представлял собой хвосты флотации, а камерный продукт направлялся на перечистную флотацию, в результате чего получали два продукта - фторглиноземный концентрат (ФГК) и углеродсодержащий продукт [9].
Таблица 1
Анализ химического состава исходной пробы техногенного сырья
Table 1
Analysis of the chemical composition of the technogenic raw material original sample
Содержание основных компонентов, мас. % /
Contents of main components, wt %
C F AÎ2O3 Fe2O3 Na2O K2O
60,48 16,03 11,36 1,37 3,09 0,95
Таблица 2
Распределение компонентов по классам крупности в исследуемой пробе
техногенного сырья
Table 2
Component distribution by grain-size classes in the technogenic raw material sample _under investigation_
Класс крупности, мм Grain-size class, mm Выход класса, % Size yield,% C F AI2O3 Fe2Oa K2O Na2O
ß * £* ß e ß e ß e ß e ß e
+10 - - - - - - - - - - - - -
-1,0 +0,315 14,94 76,13 20,9 1,63 6,4 5,25 6,5 4,63 37,1 0,5 11,1 6,01 5,8
-0,135 +0,200 20,33 77,24 28,8 2,13 11,5 6,03 10,2 1,37 15,1 0,3 9,5 6,41 8,4
-0,200 +0,160 9,54 63,96 11,2 3,0 7,6 9,04 7,2 1,54 8,1 0,5 7,9 11,98 7,3
-0,160 +0,100 9,13 53,34 8,9 4,0 9,7 12,03 9,2 1,54 7,5 0,61 9,5 15,22 8,9
-0,100 +0,074 17,84 41,89 13,7 4,94 23,4 15,68 23,3 1,11 10,7 0,69 19,1 23,42 26,9
-0,074 +0,050 9,96 36,4 6,6 5,81 15,4 17,13 14,2 2,29 7,0 0,76 12,7 22,87 14,6
-0,050 18,23 29,56 9,9 5,38 26,0 19,36 29,4 1,46 14,5 1,07 30,2 23,97 28,1
Итого Total 100 54,52 100 3,77 100 12,01 100 1,86 100 0,63 100 15,96 100
- содержание, %; z - извлечение, %.
- content, %; z- extraction, %.
Рис. 2. Схема флотации шлама газоочистки Fig. 2. Scheme of gas purification sludge flotation
В наших исследованиях процесса получения углеродного концентрата флотационным способом на механических флотомашинах ФМ-04М в качестве флото-реагента использовалась смесь керосина и соснового масла в соотношении 10:14
При проведении исследований нами было изучено влияние расхода собирателя
на извлечение ценных компонентов и качество получаемых продуктов. Были проведены эксперименты с расходом флотореагента 2,7 и 5,4 кг на тонну произведенного вторичного криолита соответственно.
Также было изучено влияние на качество конечного углеродсодержащего продукта изменения схемы флотации пу-
Рис. 3. Усовершенствованная схема флотации шлама газоочистки Fig. 3. Advanced scheme of gas purification sludge flotation
Елитенко Е.И., Митрофанов С.И., Плаксин И.Н., Полькин С.И., Ясюкевич С.М. Справочник по обогащению полезных ископаемых. Т. III. Процессы обогащения и обезвоживания. М.: Металлургиздат, 1952. 432 с. Elitenko E.I., Mitrofanov S.I., Plaksin I.N., Pol'kin S.I., Yasyukevich S.M. Mineral processing handbook. V. III. The processes of concentration and dehydration. Moscow, Metallurgizdat Publ., 1952, 432 p. (In Russian)
тем добавления операций второй пере-чистной, контрольной и промпродуктовой флотаций. Результаты экспериментов приведены в табл. 3. Следует отметить, что в рамках апробации различных технологических схем флотации не изучалось распределение оксидов железа, натрия и калия по продуктам флотации.
Таблица 3
Результаты опытов по получению углеродсодержащего продукта из фторуглеродсодержащих материалов
Table 3
Experimental results on obtaining carbon-containing product _from fluorocarbon-containing materials_
№ Наименование продуктов / Product name Выход, % Yield, % С AI2O3 F Примечание/ Note
ß* z* ß z ß z
1 Концентрат/ Concentrate 34,5 38,1 23,2 17,04 53,0 8,5 43,0 Т:Ж=1: 15, расход / consumption 2,7 кг/т (kg/t)
Продукт 1 / Product 1 46,2 76,65 62,6 3,63 15,1 4,13 28,0
Хвосты / Tailings 19,3 41,47 14,2 18,32 31,9 10,25 29,0
Исходное/ Initial 100 56,55 100 11,1 100 6,82 100
2 Концентрат/ Concentrate 18,9 24,39 8.,2 23,39 48,8 10,25 28,6 Т:Ж=1:15, расход / consumption 5,4 кг/т (kg/t)
Продукт 1 / Product 1 60,0 71,08 76,1 4,87 32,3 5,25 46,5
Хвосты / Tailings 21,1 41,86 15,7 8,11 18,9 8,0 24,9
Исходное/ Initial 100 56,09 100 9,05 100 6,78 100
3 Концентрат/ Concentrate 18,2 9,47 3,0 23,64 37,6 10,63 39,9 Доизмельчение/ regrinding, Т:Ж=1:15, расход / consumption 5,4 кг/т (kg/t), введена 2-я перечистка/ second recleaning is introduced
Продукт 1 / Product 1 42,1 77,95 58,3 5,56 20,4 2,25 19,6
Продукт 2 / Product 2 15,4 64,34 17,6 8,15 10,9 4,19 13,2
Хвосты / Tailings 24,3 48,83 21,1 14,66 31,1 5,44 27,3
Исходное/ Initial 100 56,32 100 11,45 100 4,84 16,03
4 Концентрат/ Concentrate 17,5 6,23 1,9 22,35 34,1 9,43 36,5 Доизмельчение/ regrinding, Т:Ж=1:15, расход / consumption 5,4 кг/т (kg/t), введены 2-я перечистка, контрольная и промпродуктовая флотации/ second recleaning, control and middling product flotations are introduced
Продукт контрольной флотации/ Product of control flotation 12,6 48,37 10,7 15,38 16,9 5,55 15,5
Хвосты контрольной флотации/ Tailings of control flotation 12,2 60,42 13,0 11,29 12.,0 3,28 8,8
Продукт промпродук-товой флотации / Product of middling flotation 4.9 29,39 2,5 4,44 2,0 9,25 10,0
Хвосты промпродук-товой флотации / Tailings of middling product flotation 52,8 77,55 71,9 7,59 35,0 2,51 29,2
Исходное/ Initial 100 56,94 100 11,46 100 4,52 100
- содержание, %; z - извлечение, %.
- content, %; z- extraction, %.
В эксперименте (опыт 1, табл. 3) был получен ФГК с содержанием углерода 38,1 мас. %, которое было снижено до 24,39 мас. % при повышении расхода реагента в 2 раза (опыт 2, табл. 3). При этом в углеродсодержащий продукт углерода извлекается до 76,1% при его содержании 71,08 мас. %.
При введении в голову процесса предварительного измельчения исходной пробы техногенного сырья до 38,8% класса -0,074 мм и проведения двукратной перечистной флотации (опыт 3, табл. 3) был получен углеродсодержащий продукт с содержанием, %, соответственно: С - 77,95; А1203 - 5,56; Г - 7,91. При этом
извлечение углерода в углеродсодержащий продукт составило 58,3%.
С целью повышения качества угле-родсодержащего продукта и повышения его извлечения, а также получения минимального количества отвальных хвостов была испытана схема (рис. 3), предусматривающая проведение промпродуктовой флотации на продуктах 1 -й и 2-й перечисток и контрольной флотации на хвостах основной флотации (опыт 4, табл. 3).
По данной схеме в углеродсодержащий продукт извлекается в среднем 71,9% углерода (против 58,3%) при его содержании в данном продукте 77,55 мас. %.
Заключение
Нами были проведены исследования пробы техногенного сырья ОАО «РУСАЛ Братск» (смесь фторуглеродсо-держащих материалов), содержащего следующие основные компоненты, %, соответственно: С - 60,48; Г - 16,03, А^Оз - 11,36. По данным гранулометрического анализа в исследуемой пробе углерод концентрируется в крупных классах (+0,160 мм), а фторсодержащие соединения и оксид алюминия, наоборот, сосредоточены во флотационных классах (-0,160 мм).
Увеличение расхода флотореагента (смеси керосина и соснового масла в соотношении 10:1) в 2 раза (с 2,7 до 5,4 кг/т) приводит к снижению содержания углерода во фторглиноземном концентрате.
По результатам проведенных экспе-
риментов в условиях действующего производства - Братского алюминиевого завода - для получения минимального количества отвальных хвостов путем подбора технологических параметров переработки техногенного сырья на механических фло-томашинах был получен углеродсодержа-щий концентрат с содержанием углерода 77,55 мас. % (извлечение данного элемента увеличилось до 71,9% при расходе собирателя 5,4 кг/т). Для дальнейшего использования полученного углеродного продукта в качестве товарного необходимо исследовать способы его окомкования или брикетирования [10], а также провести поиск методов более полного извлечения фтора.
Библиографический список
1. Братский алюминиевый завод [Электронный ресурс]. иРЬ: http://www.rusal.ru/about/43/ (26.07.2016).
2. Бажин В.Ю. Электрометаллургия алюминия. СПб.: Нац. минер.-сырьевой ун-т «Горный», 2012. 56 с.
3. Галевский Г.В., Кулагин Н.М., Минцис М.Я., Сира-зутдинов Г.А. Металлургия алюминия: технология, электроснабжение, автоматизация. М.: Наука, 2008. 527 с.
4. Куликов Б.П., Истомин С.П. Переработка отходов алюминиевого производства. СПб.: Изд-во МАНЭБ, 2004. 477 с.
5. Kovacs V., Kiss L. Comparative Analysis of the Environmental Impacts of Aluminum Smelting Technologies // Light Metals. 2015. Р. 529-534.
6. Рудой Г.Н., Волкова Н.А., Шадрунова И.В., Зелинская Е.В. Технологические, экономические и экологические аспекты переработки техногенного сырья горно-металлургических предприятий // Новые технологии обогащения и комплексной переработки труднообогатимого природного и техногенного минерального сырья: материалы Междунар. совещ. «Плаксинские чтения 2011». Верхняя Пышма, 2011. С. 6-12.
7. Истомин С.П. Проблемы использования фторсо-
держащих отходов криолитовых и алюминиевых заводов // Цветные металлы. 2002. № 1. С. 58-59. 8. Баранов А.Н., Немчинова Н.В., Аникин В.В., Мо-ренко А.В. Рециклинг и утилизация фторуглеродсо-держащих отходов алюминиевого производства // Вестник ИрГТУ. 2012. № 2 (61). С. 63-70.
9. Гавриленко Л.В., Гавриленко А.А. Колонная флотация угольной пены на БрАЗе: материалы межрегион. науч.-практ. конф. Братск, 2004. С. 147-148.
10. Якушевич П.А. Переработка хвостов флотации угольной пены: материалы II корпор. студ. конф. ОК «РУСАЛ». Екатеринбург, 2011. С. 87.
References
1. Bratskii alyuminievyi zavod [Bratsk Aluminium Smelter] Available at: http://www.rusal.ru/about/43/ (accessed: 26 July 2016).
2. Bazhin V.Yu. Elektrometallurgiya alyuminiya [Aluminum electrometallurgy]. St. Petersburg, National mineral resources University "Gomyi", 2012, p. 56. (In Russian)
3. Galevskii G.V., Kulagin N.M., Mintsis M.Ya., Si-razutdinov G.A. Metallurgiya alyuminiya: tekhnologiya, elektrosnabzhenie, avtomatizatsiya [Aluminum Metallurgy: technology, power supply, automation]. Moscow, Science, 2008, 527 p. (In Russian)
4. Kulikov B.P., Istomin S.P. Pererabotka otkhodov al-yuminievogo proizvodstva [Recycling of aluminum production wastes]. St. Petersburg, MANEB Publ., 2004, 477 p. (In Russian)
5. Kovacs V., Kiss L. Comparative Analysis of the Environmental Impacts of Aluminum Smelting Technologies. Light Metals. 2015, pp. 529-534.
6. Rudoi G.N., Volkova N.A., Shadrunova I.V., Zel-inskaya E.V. Tekhnologicheskie, ekonomicheskie i ekologicheskie aspekty pererabotki tekhnogennogo syr'ya gorno-metallurgicheskikh predpriyatii [Technological, economic and environmental aspects of the processing of technogenic raw materials of mining and metallurgical enterprises]. Novye tekhnologii obogash-cheniya i kompleksnoi pererabotki trudnoobogatimogo prirodnogo i tekhnogennogo mineral'nogo syr'ya: mate-rialy Mezhdunar. Soveshchaniya "Plaksinskie chteniya
Критерии авторства
Якушевич П.А., Немчинова Н.В., Гавриленко Л.В. изучили способы получения углеродсодержащего продукта с заданными свойствами (с повышенным содержанием углерода) при производстве вторичного криолита из техногенного сырья ОАО «РУСАЛ Братск», провели обобщение и написали рукопись. Гавриленко Л. В. несет ответственность за плагиат.
Конфликт интересов
Авторы заявляют об отсутствии конфликта интересов.
Статья поступила 29.07.2016 г.
2011" [New technologies of enrichment and processing of refractory complex of natural and technogenic mineral raw materials Materials of intern. meetings "Plaksin readings 2011"]. Verkhnyaya Pyshma, 2011, pp. 6-12. (In Russian)
7. Istomin S.P. Problemy ispol'zovaniya ftor-soderzhashchikh otkhodov kriolitovykh i alyuminievykh zavodov [Problems of using of fluorine-containing wastes of cryolite and aluminum smelters]. Tsvetnyie metallyi [Non-Ferrous Metals]. 2002, no.1, pp. 58-59. (In Russian)
8. Baranov A.N., Nemchinova N.V., Anikin V.V., Moren-ko A.V. Retsikling i utilizatsiya ftoruglerodsoderzhash-chikh otkhodov alyuminievogo proizvodstva [Recycling and disposal of fluorine carbon-containing wastes from aluminum production]. Vestnik IrGTU [Proceedinds of Irkutsk State Technical University]. 2012, no. 2 (61), pp. 63-70. (In Russian)
9. Gavrilenko L.V., Gavrilenko A.A. Kolonnaya flotatsiya ugol'noi peny na BrAZe [Column flotation of coal foam at BrAZ]. Materialy mezhregion. nauch.-prakt. konf. [Materials of interregional scientific-practical conference]. Bratsk, 2004, pp. 147-148. (In Russian)
10. Yakushevich P.A. Pererabotka khvostov flotatsii ugol'noi peny [Processing tailings flotation of coal foam]. Materialy II Korporativnoi studencheskoi konf. OK "RUSAL" [Proceedings of the II Student Conference Corporate UC "RUSAL"]. Ekaterinburg, 2011, p. 87. (In Russian)
Authorship criteria
Yakushevich P.A., Nemchinova N.V., Gavrilenko L.V. have studied the methods of obtaining carbon-containing product with specified properties (with high content of carbon) under production of secondary cryolite from technogenic raw material of JSC "RUSAL Bratsk", summarized the material and wrote the article. Gavrilenko L.V. bears the responsibility for plagiarism.
Conflict of interests
The authors declare that there is no conflict of interests regarding the publication of this article.
The article was received 29 July 2016
