СПОСОБ ПЕРЕРАБОТКИ ТВЕРДЫХ ОТХОДОВ ЭЛЕКТРОЛИТИЧЕСКОГО ПРОИЗВОДСТВА АЛЮМИНИЯ Российский патент 1996 года по МПК C22B7/00 C01F7/26 

Изобретение относится к металлургии алюминия и может быть использовано при комплексной переработке шламовых полей и отходов электролитического производства алюминия из алюмосодержащего сырья.

Известен способ переработки алюмосиликатного сырья путем обработки его серной кислотой и отделения кремнийсодержащего продукта от раствора, раствор обрабатывают нитратом кальция, отделяют образовавшийся гипс, а фильтрат нейтрализуют аммиаком с получением глинозема и с последующим выделением минеральных удобрений.

Известен способ переработки глиноземсодержащего сырья, включающий обжиг и выщелачивание 15-20%-ной серной кислотой. Сырье делят на две части, большую из которых подвергают обжигу в нейтральной среде, а меньшую часть в восстановительной среде с проведением обжига при температуре 650-850^оС.

Указанные способы не позволяют перерабатывать сырье из шламовых полей и отходы электролитического производства алюминия с низким содержанием полезного компонента (до 5%) из-за неизбежности выделения токсичных составляющих, преимущественно углеродорганических соединений, а последний способ очень энергоемок.

Наиболее близким к предлагаемому является способ переработки красного шлама отходов глиноземного производства, включающий выщелачивание 20-30%-ным раствором серной кислоты и фильтрацию кислой пульпы, при этом выщелачивание проводят с выделением 5-10 мас. сульфата двухвалентного железа.

Этот способ не позволяет перерабатывать шламовые поля и отходы электролитического производства алюминия из-за низкого содержания алюминия в шламах и невозможности предотвращения выделения в больших количествах токсичных органически связанных углеродных соединений в процессе переработки.

В заявленном способе переработке подвергаются отходы (шламы), образующиеся при электролизном переделе алюминийсодержащего сырья, а не отходы глиноземного производства. Способ переработки отходов электролиза алюминиевого производства гидрохимическим путем (выщелачивание концентрированной серной кислотой) является наиболее близким к способу переработки красного шлама.

Цель изобретения переработка шламовых полей и отходов электролитического производства алюминия с низким содержанием алюминия без выброса в окружающую среду токсичных веществ.

Поставленная цель достигается тем, что шламы обрабатывают серной кислотой в трехкратном объеме от объема шламов с концентрацией 90-96 с разложением органических соединений углерода. Растворяют соединения железа последующей обработкой соляной кислотой с концентрацией не ниже 30 которую добавляют в объеме 10 от объема серной кислоты, и после отделения твердого осадка, который может быть использован в производстве алюминия, последовательно гидрохимическим путем осаждают гидроокиси железа, алюминия и магния карбонатами или гидроокисями щелочных и щелочноземельных металлов, например гидроокисью кальция (известью).

Применение серной кислоты с концентрацией 90-96 позволяет практически полностью разложить органические соединения углерода без выделения токсических веществ в окружающую природную среду на последующих стадиях (переделах) переработки шламов и дает возможность введения в объем сырьевой базы алюминиевого производства значительных массивов шламовых полей и отвалов, вместе с тем решая и некоторые экологические проблемы производства алюминия.

Введение соляной кислоты с концентрацией не ниже 30 позволяет с высокой технологичностью в одном объеме осуществить выделение соединений железа. Использование карбонатов и гидроокисей щелочных и щелочноземельных металлов для осаждения гидроокисей железа, алюминия и магния позволяет в создавшихся условиях, сравнительно недорогим путем, получить полезные компоненты.

Сопоставительный анализ заявляемого технического решения с прототипом показал, что заявляемый способ отличается от известного тем, что растворение компонентов шлама ведут серной кислотой с концентрацией 90-96 а соединения железа растворяют добавлением соляной кислоты с концентрацией не ниже 30 в объеме 10 от объема добавленной серной кислоты, которую вводят в трехкратном объеме от объема обрабатываемых шламов. Осаждение гидроокисей железа, алюминия и магния осуществляют карбонатами или гидроокисями щелочных и щелочноземельных металлов.

Таким образом, заявляемый способ соответствует критерию изобретения "новизна".

Анализ аналогичных технических решений показал, что заявляемое решение не является очевидным из известного уровня техники, то есть оно соответствует критерию "изобретательский уровень".

Предлагаемый способ переработки шламов и отходов электролитического производства алюминия реализуется следующим образом. Разложение шлама осуществляют серной кислотой с концентрацией 90-96 которую добавляют в трехкратном объеме от объема обрабатываемых шламов, затем вводят серную кислоту с концентрацией не ниже 30 в количестве 10 от объема серной кислоты. Отделяют фильтрованием твердый осадок углерода. Раствор обрабатывают карбонатами или гидроокисями щелочных и щелочноземельных металлов для осаждения гидроокисей железа, алюминия и магния.

П р и м е р 1. Шлам электролизного производства алюминия следующего состава, мас. Al 1,585; Fe 0,50; Mg 0,19; Ca 0,85; Si 0,05; Na 8,50; K 0,37; F^- 16,0, остальное С, в том числе в виде органических соединений (C₁₄H₈O₄, C₄H₇N₆ ·H₂SO₄·H₂O и др. ), обрабатывают 96%-ной серной кислотой в течение часа, которую добавляют в трехкратном объеме от объема шламов. Затем вводят соляную кислоту концентрации не ниже 30 в количестве 10 от объема серной кислоты для более полного перевода в раствор соединений железа. Отделяют осадок углерода на нутч-фильтре. Раствор обрабатывают гидроокисью кальция, которую вводят в количестве 150 по отношению к объему серной кислоты, для последовательного выделения гидроокисей железа, алюминия и магния. Извлечение в раствор полезных компонентов составляет, мас. Al 1,19; Na 8,3; Ca 0,4; Mg 0,12; Fe 0,25; K 0,35; Si 0,001; F^- 4,0. При этом органические соединения углерода разлагаются. Это позволяет осуществить дальнейшую переработку отходов электролизного производства алюминия без выделения токсичных соединений.

П р и м е р 2. Шлам алюминиевого производства того же состава обрабатывают 90%-ной серной кислотой, которую добавляют в трехкратном объеме от объема шлама. Вводят соляную кислоту концентрации не ниже 30 в количестве 10 от объема серной кислоты. Отделяют осадок углерода на нутч-фильтре. Раствор обрабатывают кальцинированной содой (натрий углекислый), которую вводят в количестве 150 по отношению к объему серной кислоты. Извлечение в раствор полезных компонентов составляет, мас. Al 1,09; Na 8,3; Ca 0,3; Mg 0,02; Fe 0,1; K 0,35; Si 0,002; F^- 3,9. При этом органические соединения углерода полностью не разлагаются.

При обработке шламов (твердых отходов электролизного производства алюминия) серной кислотой более низкой концентрации снижается переход в растворимое состояние некоторых полезных компонентов и увеличивается содержание неразложившихся органических соединений. При изменении количества вводимой серной кислоты относительно заявляемого значения (трехкратное к объему шлама) выявлено, что более высокое количество серной кислоты ведет к снижению экономических характеристик процесса выщелачивания, а снижение к увеличению количества неразложившихся органических соединений углерода содержащихся в шламе. Снижение концентрации соляной кислоты ниже 30 не оказывает существенного влияния на количественный состав растворенных соединений железа, но снижает скорость их перевода в растворимое состояние.

Таким образом, заявляемый способ переработки твердых отходов электролитического производства алюминия позволяет по сравнению с прототипом и другими известными способами перерабатывать шламы и твердые отходы электролитического производства алюминия с низким содержанием алюминия при наличии в них органическисвязанных соединений углерода. Это решает экологическую и производственную проблему переработки шламовых полей и отвалов алюминиевого производства без выброса в окружающую природную среду токсических соединений.

Использование: при комплексной переработке шламовых полей и отходов электролитического производства алюминия с низким содержанием алюминия без выброса в окружающую среду токсических соединений углерода. Сущность: шламы растворяют в 90 - 96%-ной серной кислоте, взятой в трехкратном объеме от объема обрабатываемых шламов. Затем дорастворяют их обработкой в соляной кислоте с концентрацией не ниже 30%. Полученный твердый осадок отделяют от полученного раствора. Последний обрабатывают карбонатами или гидроокисями щелочных и щелочно - земельных металлов для осаждения железа, алюминия и магния в виде гидроокисей. 1 з. п. ф-лы.

1. СПОСОБ ПЕРЕРАБОТКИ ТВЕРДЫХ ОТХОДОВ ЭЛЕКТРОЛИТИЧЕСКОГО ПРОИЗВОДСТВА АЛЮМИНИЯ, включающий их гидрохимическую обработку, отличающийся тем, что гидрохимическую обработку твердых отходов ведут последовательно серной кислотой с концентрацией 90 - 96%, затем соляной кислотой с концентрацией не ниже 30%, затем твердый осадок отделяют от полученного раствора и последний обрабатывают карбонатами или гидроокисями щелочных и щелочноземельных металлов для осаждения железа, алюминия и магния в виде гидроокисей. 2. Способ по п. 1, отличающийся тем, что серную кислоту вводят в трехкратном объеме от объема твердых отходов, а соляную - в объеме 10% от объема серной кислоты.