CC BY
23
УДК 669.2
РЕЦИКЛИНГ ХВОСТОВ ФЛОТАЦИИ УГОЛЬНОЙ ПЕНЫ АЛЮМИНИЕВОГО ЭЛЕКТРОЛИЗЕРА
А. В. Малышкин2, И. А. Тимкин2, А. Ф. Шиманский1, 2
Сибирский государственный университет науки и технологий имени академика М. Ф. Решетнева Российская Федерация, 660037, г. Красноярск, просп. им. газ. «Красноярский рабочий», 31
2Сибирский Федеральный университет Российская Федерация, 660025, г. Красноярск, просп. им. газ. «Красноярский рабочий», 95
E-mail: rebrik-artem@list.ru
Проведены исследования угольной пены электролизного производства и разработан процесс ее переработки с целью извлечения ценных продуктов, востребованных в производстве материалов для авиационной и космической техники.
Ключевые слова: угольная пена, алюминий, хвосты флотации, криолит, выщелачивание, фтор.
RECYCLING OF FLOTATION TAILINGS COAL FOAM ALUMINUM ELECTROLYTIC
A. V. Malyshkin2, I. А. Timkin2, А. F. Shimanskii1, 2
1Reshetnev Siberian State University of Science and Technology 31, Krasnoyarsky Rabochy Av., Krasnoyarsk, 660037, Russian Federation
2Siberian Federal University 95, Krasnoyarsky Rabochy Av., Krasnoyarsk, 660025, Russian Federation E-mail: rebrik-artem@list.ru
There are skim electrolysis manufacture researches were investigated, and the process of its processing with the purpose of valuable products extraction demanded in aviation and space technology materials production.
Keywords: skim, aluminum, flotation tails, cryolite, leaching, fluoride.
Совершенствование системы переработки крупнотоннажных отходов производства является одним из важнейших направлений развития алюминиевой отрасли. В число основных отходов входит угольная пена (УП), образующаяся в ходе электролиза криолито-глиноземного расплава, как следствие неполного сгорания и эрозии анода, а также износа углеродистой футеровки подины [1; 2]. Требуется разработка технологии, обеспечивающей переработку отходов с получением полезных продуктов для дальнейшего использования.
Настоящая работа направлена на исследование и разработку процесса рециклинга ХФ, реализация которого позволит снизить экологическую нагрузку на полигоны хранения отходов и получить продукты, востребованные в металлургическом и других производствах.
По разным оценкам масса УП в расчете на тонну произведенного алюминия для электролизеров с самообжигающимся анодом варьируется от 25 до 90 кг/т Al. По своему составу УП является многокомпонентной системой, в составе которой преобладают углерод и фтор с содержанием в интервалах от 26,0 до 32,0 и от 28,0 до 46,0 масс.%, соответственно [2-4]. В табл. 1 приведен элементный состав УП, установленный методом рентгеновского флуоресцентного анализа с использованием спектрометра XRF1800 Shimadzu.
Как следует из полученных данных, в состав УП, помимо углерода и фтора, входят алюминий (22,6), натрий (11,7), сера (0,13), железо (0,29), кремний (0,45) масс. %.
Секция ««ПЕРСПЕКТИВНЫЕ МАТЕРИАЛЫ И ТЕХНОЛОГИИ»
Таблица 1
Элементный состав УП
№ п/п Элемент Количество, масс. %
1 Б 27,9
2 № 11,7
3 А1 22,6
4 8 0,13
5 81 0,45
6 Бе 0,29
7 С 29,7
8 О 6,0
На рисунке представлена дифрактограмма УП, полученная с использованием рентгеновского дифрактометра ХК0-6000 8Ышаё2и, из которой следует, что наряду с углеродом основными фазовыми составляющими УП являются криолит Ка3АШ6 (57,4), хиолит Ка5А13Е14 (21,2), глинозем Л120з (9,2) и флюорит СаБ2 (1,1) масс. %.
Дифрактограмма электролитной угольной пены
Криолит, хиолит, глинозем и флюорит являются гидрофильными фазами. Углерод присутствует в виде гидрофобных углеродных частиц. В связи с этим в настоящее время процесс переработки угольной пены осуществляют методом флотационного обогащения, в результате которого получают два продукта - флотационный криолит и хвосты флотации угольной пены (ХФ). Криолит извлекают в количестве около 90 % и возвращают в процесс электролиза. ХФ, содержащие до 10 % криолита и не менее 75 % углерода, отправляют на шламовые поля.
В табл. 2 представлен элементный состав ХФ, определенный методом рентгеновского флуоресцентного анализа.
Таблица 2
Элементный состав хвостов флотации
№ п/п Элемент Количество, масс. %
1 Б 8,5
2 А1 2,8
3 81 0,06
4 Бе 0,31
5 8 0,03
6 № 4,2
7 С 79,8
8 О 4,3
Установлено, что в ХФ содержатся фтор (8,5), алюминий (2,8), натрий (4,2), железо (0,31), кремний (0,06), сера (0,03) и углерод (79,8) масс. %.
Проведены эксперименты по переработке ХФ с использованием растворов гидрооксида и алюмината натрия с целью выщелачивания фтора и получения углеродного концентрата.
Выщелачивание ХФ проводились с использованием однокомпонентного щелочного раствора гидроксида натрия с концентрацией 17,5 г/дм3 и соотношением Ж:Т 6:1 при постоянном перемешивании. По результатам экспериментов подобраны температура и время выщелачивания, которые составили 80 °С и 2 ч, соответственно. В процессе выщелачивания ХФ получены углеродный материал и осветленный раствор, насыщенный фтором. Установлено, что концентрация фтора в осветленном растворе после выщелачивания составляет 20 г/дм3 . Содержание углерода в угольном материале достигает 91 масс.%.
Фторсодержащий раствор перерабатывали в реакторе для получения регенерационного криолита с использованием алюминатного раствора. Разработаны технологические режимы процесса, обеспечивающие остаточное содержание фтора в растворе не более 5 г/дм3 и степень извлечения фторидов 90 %.
Можно заключить, что предлагаемый процесс двухстадийной переработки отходов угольной пены и хвостов флотации позволяет извлечь промышленные продукты в виде криолита и углерода, востребованные в производстве материалов для авиационной и космической техники.
Библиографические ссылки
1. Сорлье М., Ойя Х. А. Катоды в алюминиевом электролизе: Cathodes in aluminium electrolysis. 2-е изд. Красноярск : Алюминиум Ферляг, 1996. С. 425-430.
2. Информационно-технический справочник по наилучшим доступным технологиям ИТС 11-2016 «Производство алюминия» (опубл. 30 июня 2016 г.). С. 15-17.
3. Куликов Б. П., Истомин С. П. Переработка отходов алюминиевого производства. 2004. №. 2. С. 71.
4. Угольная пена алюминиевых электролизерах и углеродные нанотрубки в ней / В. В. Кондратьев, В. Н. Петровская, Э. П. Ржечицкий, и др. // Вестник Иркутск. гос. техн. ун-та. 2015. № 12 (107). С. 215-222.
© Малышкин А. В., Тимкин И. А., Шиманский А. Ф., 2018
