СПОСОБ ПЕРЕРАБОТКИ ОТХОДОВ АЛЮМИНИЕВОГО ПРОИЗВОДСТВА (ВАРИАНТЫ) Российский патент 1999 года по МПК C22B7/04 C01F7/56 

Изобретение относится к цветной металлургии и может быть использовано для улучшения экологической ситуации путем обезвреживания шламовых полей цветной металлургии и расширения сырьевой базы для получения металлического алюминия и его оксида путем их выделения из алюмосодержащих отвалов, преимущественно из алюминиевых шлаков.

Известен способ обработки шлама, включающий обработку пульпы переменным магнитным полем, направление шлама на шламовое поле и его уплотнение [А.С. СССР N 1027139, МКИ 5 C 01 F 7/04, 1983 г.].

Известный способ позволяет уменьшить объем отходов за счет снижения влажности шлама, однако не решает проблемы из обезвреживания и переработки.

Известен способ переработки алюмосодержащего сырья путем термической обработки при повышенных температурах и последующего выщелачивания слабой серной кислотой, при этом термообработку ведут путем грануляционного спекания с серной кислотой концентрацией 10 - 15% в кипящем слое [А.С.СССР N 228011, МКИ C 01 F 7/26, 1975 г.].

Известен способ переработки алюминийсодержащего сырья, включающий приготовление шихты путем его смешения с известняком и оборотным шламом и соединениями щелочных металлов, ее измельчения и корректирования до заданной величины молярных соотношений в шихте, спекание шихты продуктами горения топлива с получением спека, содержащего алюминаты щелочных металлов, выщелачивание спека оборотным содощелочным раствором, отделение полученного алюминатного раствора от белитового шлама, его промывку водой и использование для производства цемента, подачу крепкой промывной воды на приготовление содощелочного раствора для выщелачивания спека, обескремнивание алюминатного раствора, подачу полученного белого шлама на приготовление шихты, карбонизацию обескремненного алюминатного раствора газами от спекания шихты с выделением гидроксида алюминия, выделение содопродуктов из полученного содового раствора, при этом процесс ведут при строго определенном фракционном составе шихты, молярном соотношении оксидов металлов и щелочи, расходе воды на промывку белитового шлама, концентрации оксида алюминия в алюминатном растворе при выщелачивании спека [Патент РФ N 2060941, МПК 6 C 01 F 7/38, 1996 г.].

Известные способы переработки алюмосодержащего сырья требуют значительных энергетических, сырьевых и трудозатрат, экологически неблагополучны.

Известен также способ переработки шламов алюминиевого производства, включающий растворение шламов серной кислотой в трехкратном объеме обрабатываемых шламов с концентрацией не ниже 90% с разложением органических соединений, дорастворяют соединения железа с последующей обработкой соляной кислотой, которую добавляют в объеме 10% от объема серной кислоты, а после отделения осадка последовательно осаждают гидроксиды железа, алюминия и магния карбонатами или гидроксидами щелочных и щелочноземельных металлов [Заявка РФ N 92014631, МПК 6 C 01 F 7/26, C 22 C 7/00, 1996 г.].

Известный способ позволяет перерабатывать шламы с низким содержанием алюминия и высоким содержанием органических веществ. Однако реализация известного способа требует значительных сырьевых затрат, использование агрессивных кислот и щелочей в больших количествах не решают проблему экологической безопасности производства, а его применение для переработки алюминиевых шлаков не позволяет решить задачу их обезвреживания.

Наиболее близким к предлагаемому является способ переработки размолотых отходов алюминиевого производства в водной среде соляной кислотой с протеканием реакции связывания аммиака в хлористый аммоний и последующей классификацией обработанных отходов [Патент US N 4247325, МКИ C 22 B 21/00, 1981 г.].

Известный способ не позволяет обезвредить отходы алюминиевого производства, т.к. выделяющийся хлористый аммоний является таким же экологически неблагополучным соединением, как и аммиак.

Задачей изобретения является улучшение экологической обстановки на предприятиях алюминиевого производства за счет обезвреживания отходов алюминиевого производства (преимущественно шлаков), упрощение технологии их переработки, расширение сырьевой базы за счет утилизации многотоннажных экологически вредных отходов алюминиевого производства.

Поставленная задача решается тем, что предлагаемый способ обезвреживания шлаков алюминиевого производства, в отличие от известного, включает их обработку водным раствором соляной кислоты или ее солью с последующим выдерживанием при температуре рабочего помещения.

Обработку отходов ведут путем капельного распыления водного раствора соляной кислоты или ее соли с металлом концентрацией 1 - 10% в количестве 10 - 100 л на 1 тонну отходов. Обработанные отходы выдерживают в течение не менее одних суток.

В качестве солей соляной кислоты используют хлориды магния, кальция, цинка, алюминия и др.

Предлагаемый способ переработки алюминиевого шлака, преимущественно для целей выделения металлического алюминия, включает их обработку водным раствором соляной кислоты или ее солью, выдерживание при температуре рабочего помещения, механическую обработку обезвреженных отходов в дробилке ударного действия или в барабанной мельнице с сингулярной спиралью и последующий рассев на фракции.

Рассев обработанных отходов ведут на 3 фракции - крупную фракцию (металлическую), среднюю фракцию (металлооксидную) и мелкую фракцию (солевая пыль и металлооксидная фракция).

Исходный состав алюминиевых отходов содержит, мас.%:
Al₂O₃ - 40 - 90
Al металлический - 10 - 20
SiO₂ - До 10
NaCl, KCl - 1 - 10
Cu - 0 - 2
Zn - 0 - 0,5
Mg - 1,5 - 2,0
Ca - 0 - 2
Fe общее - 0,5 - 5,0
AlN - 0,1 - 0,8
Mg₃N₂ - 0 - 0,5
Содержащиеся в составе алюминиевых отходов нитриды магния и алюминия разрушаются на воздухе под действием влаги с выделением газообразного аммиака по следующим реакциям:


Выделяющийся из отходов газообразный аммиак не позволяет перерабатывать их без предварительной обработки, т. к. шлаки представляют опасность для здоровья (третий класс химически опасных веществ).

Обработка отходов раствором соляной кислоты или хлоридами металлов в заявляемых количествах приводит к практически полному устранению нитридов магния и алюминия, покрывающих поверхность шлака тонкой пленкой, за счет протекания соответствующих химических реакций, приводящих к образованию хлоридов металлов и хлорида аммиака. Образовавшиеся в процессе реакции и вводимые на поверхность шлака хлориды металлов образуют с образующимся хлоридом аммиака двойные соли, которые достаточно устойчивы к разложению, что и позволяет направить шлаки на дальнейшую комплексную переработку.

Последующая механическая обработка обезвреженных отходов в дробилках ударного действия или в барабанных мельницах с сингулярной (апериодической) спиралью позволяет агломерировать алюминий, находящийся в шлаке, в т.ч. за счет его пластических свойств. Кроме того, это приводит к протеканию ряда физико-химических преобразований, что позволяет получить шлаки, имеющие после их классификации (фракционирования) требуемый для дальнейшей переработки химический состав.

Крупная фракция обработанного заявляемым способом шлака содержит 50 - 80% металлического алюминия, до 15% оксида алюминия, средняя фракция содержит 5 - 30% металлического алюминия и 95 - 70% оксида алюминия, мелкая фракция содержит до 5% металлического алюминия, до 20% оксида алюминия и солевую пыль.

Крупную металлическую фракцию направляют на переплавку в электрические или пламенные отражательные или индукционные печи для получения товарного алюминия.

Среднюю фракцию используют в качестве сырья для получения высокоглиноземистых цементов или огнеупоров, а также для выплавки металлического алюминия во вращающихся печах под слоем соли.

Мелкую фракцию используют в качестве сырья для получения флокулянтов сульфата, оксисульфата или оксихлорида алюминия. Брикетированная мелкая фракция может быть использована вместе со средней фракцией.

В предлагаемом нами способе обработки алюминийсодержащего сырья введение соляной кислоты или ее солей позволяет эффективно обезвреживать шлаки алюминиевого производства за счет образования двойных солей, но без их растворения. Последующее обогащение сырья достигается механической обработкой предварительно обезвреженного шлака, что позволяет агломерировать содержащийся в шлаке алюминий за счет его пластических свойств, а также физико-химических реакций, сопровождающих эту обработку. Все это позволяет при последующем фракционировании выделить фракции с требуемым для дальнейшей комплексной переработки составом.

Предлагаемый способ обезвреживания и последующая переработка отходов алюминиевого производства связаны между собой единым изобретательским замыслом. Предлагаемое изобретение иллюстрируется следующими примерами.

Пример 1.

Для проведения операции обезвреживания шлак алюминиевого производства берут через 1 час после его выгрузки из плавильной печи. Загружают 5 т шлака в бункер (реактор) и подают на распылительные форсунки 10%-ный раствор соляной кислоты. Обработку кислотой ведут в течение 0,5 мин. Раствор кислоты подают в количестве 100 л на 1 тонну шлака. После обработки шлак выгружают из бункера и выдерживают в течение 24 часов при температуре рабочего помещения для полного протекания процесса обезвреживания.

Обработанный шлак подвергают санитарно-гигиеническим исследованиям, определяя значения миграции подвижных форм химических элементов и их валового содержания по СаН ПиН 42-128-4433-87. Одориметрический анализ (уровень запаха) обезвреженных шлаков определен по ГОСТ Р 50202-92. Уровень запаха в шлаках < 2 баллов (при нормативе 2 балла). Содержание естественных радионуклеидов в отвальных угольных шлаках позволяет приравнять их к классу стройматериалов по ГОСТ 30108-94 "Материалы и изделия строительные". В соответствии с "Временным классификатором токсичных промотходов и методическими рекомендациями по определению класса токсичности промотходов" от 25.05.87 г. N 4286-87 (расчеты проведены с использованием ПС ТОХ1 3.1 С-Петербургской АУВ, версия 1991 г.) освидетельствованные отходы относятся по интегральному показателю к малоопасным (IV класс токсичности), индекс токсичности < 1500 и могут быть использованы для изготовления шлакоблоков.

Пример 2.

Переработка алюминиевых шлаков.

Для переработки берут шлак алюминиевого производства, пролежавший на открытом воздухе более 10 суток после его выгрузки из плавильной печи. Загружают 5 т шлака в бункер и подают на распылительные форсунки 5%-ный раствор хлорида магния в количестве 50 л на 1 тонну шлака. Обработку шлака ведут в течение 1 мин. После обработки шлак выгружают из бункера и выдерживают в течение 24 часов при температуре рабочего помещения для полного протекания процесса обезвреживания. Обезвреженный шлак подвергают механической обработке в дробилке ударного действия ЩКДН. Окончание процесса измельчения контролируют по запыленности аспирационного воздуха. Окускованный шлак рассеивают на грохоте, получая три фракции: фракцию 300 - 45 мм (крупная - 20-25% от общего количества), фракцию 45 - 10 мм (средняя - 30-40% от общего количества) и фракцию < 10 мм (мелкая - 35-50% от общего количества).

Пример 3.

Переработка алюминиевых шлаков.

Для переработки берут шлак алюминиевого производства, пролежавший на открытом воздухе более 30 суток после его выгрузки из плавильной печи. Загружают 5 т шлака в бункер и подают на распылительные форсунки 1%-ный раствор хлорида алюминия в количестве 10 на 1 тонну шлака. Обработку шлака ведут в течение 2 мин. После обработки шлак выгружают из бункера и выдерживают в течение 24 часов при температуре рабочего помещения для полного протекания процесса обезвреживания. Обезвреженный шлак подвергают механической обработке в барабанной мельнице с сингулярной спиралью. Окускованный (агломерированный) шлак рассеивают, получая три фракции: фракцию 150 - 4 мм (крупная - 20-25% от общего количества), фракцию 4 - 0,2 мм (средняя - 30-40% от общего количества) и фракцию < 0,2 мм (мелкая - 35-50% от общего количества).

Крупную фракцию направляют на переплавку в электрическую печь. Среднюю фракцию используют в качестве сырья для получения высокоглиноземистых цементов. Мелкую фракцию используют в качестве сырья для получения сульфата, оксисульфата или оксихлорида алюминия.

Химический состав окускованного алюминиевого шлака крупной фракции (расчет на оксиды металлов), мас.%:
Алюминий - 93,00
Кремний - 1,34
Кальций - 0,20
Магний - 0,23
Железо (общее) - 0,18
Натрий - 2,18
Калий - 0,10
ППП - привес
Вода - 0,30
Хром - 0,02
Цинк - 0,01
Медь - 0,005
Марганец - 0,005
Свинец - 0,02
Никель - 0,01
Олово - 0,003
Мышьяк - не более 0,005
Проведение процесса обезвреживания и переработки алюминиевых шлаков в условиях, отличных от заявляемых, не приводит к достижению заявляемого результата.

Изобретение предназначено для переработки отходов алюминиевого производства. По одному варианту отходы алюминиевого производства обрабатывают соляной кислотой или ее солью, которые используют в виде 1-10% водного раствора, и затем выдерживают при температуре рабочего помещения для полного протекания реакции обезвреживания. По другому варианту отходы алюминиевого производства обрабатывают соляной кислотой или ее солью, которые используют в виде 1-10% водного раствора, выдерживают при температуре рабочего помещения для протекания реакции обезвреживания и подвергают механической обработке в дробилках ударного действия или барабанных мельницах с сингулярной спиралью с последующим рассевом на три фракции. Изобретение позволяет улучшить экологическую обстановку на предприятиях алюминиевого производства. 2 с. и 5 з.п. ф-лы.

1. Способ переработки отходов алюминиевого производства, отличающийся тем, что отходы алюминиевого производства обрабатывают соляной кислотой или ее солью, которые используют в виде 1 - 10% водного раствора с последующим выдерживанием при температуре рабочего помещения для полного протекания реакции обезвреживания. 2. Способ по п.1, отличающийся тем, что водный раствор соляной кислоты или ее соли подают в количестве 10 - 100 л на 1 т отходов алюминиевого производства. 3. Способ по п.1, отличающийся тем, что выдерживание обработанных отходов ведут в течение не менее одних суток. 4. Способ переработки отходов алюминиевого производства, отличающийся тем, что отходы алюминиевого производства обрабатывают соляной кислотой или ее солью, которые используют в виде 1 - 10% водного раствора, выдерживают при температуре рабочего помещения для протекания реакции обезвреживания и подвергают механической обработке в дробилках ударного действия или барабанных мельницах с сингулярной спиралью с последующим рассевом на три фракции. 5. Способ по п.4, отличающийся тем, что водный раствор соляной кислоты или ее соли вводят в количество 10 - 100 л на одну тонну отходов алюминиевого производства. 6. Способ по п.4, отличающийся тем, что обработанные отходы выдерживают в течение не менее одних суток. 7. Способ по п.4, отличающийся тем, что рассев ведут на крупную, среднюю и мелкую фракции.