СПОСОБ ПЕРЕРАБОТКИ ШЛАКА АЛЮМИНИЕВОГО ПРОИЗВОДСТВА С ПОЛУЧЕНИЕМ ГЛИНОЗЕМСОДЕРЖАЩЕГО СЫРЬЯ И ГЛИНОЗЕМСОДЕРЖАЩЕЕ СЫРЬЕ Российский патент 2003 года по МПК C22B7/04 C01F7/02 

Изобретение относится к области цветной металлургии и может быть использовано на предприятиях вторичной цветной металлургии, так как относится к способам переработки шлака алюминиевого производства.

Известна технология переработки солевых шлаков, разработанная институтом ВНИИПвторцветмет (Колобов Г.А., Бредихин В.Н., Чернобаев В.М. Сбор и переработка вторичного сырья цветных металлов, М. Металлургия, 1993, с.201-202)(1). Принципиальная технологическая схема переработки солевых шлаков, содержащих, %, Аl металлический 21-30, (КСl+NaCl) 12-38, Al₂O₃ 16-26, Mg 1,4-3,2, Fe 3-18, включает следующие основные переделы: механическую подготовку шлака, водное выщелачивание дробленого продукта, упарку солевого раствора и пылегазоочистку.

Известно глиноземсодержащее сырье, представляющее собой бокситы (Троицкий И. А., Железнов В.А. Металлургия алюминия, М., Металлургия, 1984, с. 13) (2). На долю бокситов приходится основная часть мирового производства глинозема. Алюминиевая промышленность зарубежных стран практически полностью работает только на бокситах. В нашей стране наряду с бокситами для производства глинозема в значительных количествах используются нефелиновые и алунитовые руды. Возможным сырьем для получения глинозема также являются серициты, высокоглиноземистые золы, образующиеся при сжигании углей, металлургические шлаки, отходы обогащения углей.

Наиболее близким аналогом изобретения является способ переработки шлаков от плавки алюминиевых сплавов (авт. св. SU 287303) (3), включающий следующие операции: шлак в комовом состоянии подают для дробления в дробилку, оттуда его по транспортеру переводят в шаровую мельницу на дополнительный помол. Продукт помола поступает на грохота для разделения по фракциям. Верхний продукт грохочения (+1,4 мм) поступает на переплав. Нижний продукт грохочения (-1,4 мм) в классификаторе разделяют на фракции класса +1,0 мм, 0,6-1,0 мм и - 0,6 мм.

Фракцию класса +1,0 мм, содержащую до 80% алюминия металлического, направляют на переплав.

Фракцию класса 0,6-1,0 мм, содержащую до 70% тонкодисперсного металлического алюминия, не подвергающегося металлургическому извлечению, направляют на совместный помол с сыпучим абразивным материалом, например песком, полученный продукт поступает в бункер и далее может быть использован как газообразователь для ячеистого бетона.

Фракция шлака класса - 0,6 мм, содержащая до 20-25% солей NaCl и КСl, поступает на отмывку водой (время и количество воды), а затем в фильтр-отстойник, где происходит осветление раствора, который затем по трубопроводу поступает на выпаривание в выпарной аппарат. Отмытый от солей шлак и шлам из фильтра-отстойника подают в сушилку для сушки, а затем на обжиг в печь. В результате обжига получают глинозем с содержанием Аl₂О₃ до 98-98,5%.

Наиболее близким аналогом к предлагаемому глиноземсодержащему сырью является Североуральский боксит (ист.2 с. 15) с содержанием Аl₂О₃ 52-54%, SiO₂ 3-5%, Fе₂O₃ 21-28%.

Способ-аналог имеет следующие существенные признаки, совпадающие с существенными признаками предложенного способа: измельчение шлака, выщелачивание шлака, фильтрацию раствора с разделением солевого раствора и твердого остатка, сушку и обжиг твердого остатка.

Известное глиноземсодержащее сырье имеет с заявленным глиноземсодержащим сырьем следующие общие существенные признаки: и известное сырье и предлагаемое содержат компоненты: оксид алюминия, оксид кремния, оксид железа.

К недостаткам известного способа-прототипа следует отнести создаваемую в процессе переработки шлака неблагоприятную экологическую обстановку, связанную с двумя последовательно осуществляемыми процессами грохочения (разделения на фракции +1,4 мм и -1,4 мм, а затем на фракции +1,0 мм, 0,6 мм-1,0 мм и - 0,6 мм). Также в способе-аналоге используют операцию фильтрации, которую осуществляют в фильтре-отстойнике, что не позволяет получать солевой раствор с содержанием твердой части менее 10 г/литр, а следовательно, качество получаемого флюса невысокое. Кроме того, осуществление фильтрации в фильтре-отстойнике требует значительного времени, что снижает производительность процесса. Сухой остаток после фильтрации не позволяет получать глинозем, пригодный для металлургического передела.

К недостаткам известного глиноземсодержащего сырья (2, с.15) можно отнести следующее.

Добыча известного глиноземсодержащее сырья (боксита) ведется подземным способом с глубины до 700 м, что весьма трудоемко. Содержание оксида углерода (IV) - СО₂ в добываемых бокситах (2,5-3,5%) и серы (около 1%) высокое, что снижает их качество. С понижением горизонта добычи содержание СО₂ в бокситах, а также серы возрастает. Кроме того, разведанные запасы бокситов в России невелики. При этом следует отметить, что создаваемые при добыче бокситов отвалы, отрицательно влияют на экологическую обстановку района разработки бокситов.

Задачами изобретения являются улучшение экологической обстановки при проведении процесса переработки шлака алюминиевого производства, повышение производительности процесса переработки шлака алюминиевого производства, а также повышение качества продуктов переработки шлака алюминиевого производства сырья и возможность использования продукта переработки шлака алюминиевого производства в качестве глиноземсодержащего сырья.

Поставленные задачи достигаются предложенным способом переработки шлака алюминиевого производства с получением глиноземсодержащего сырья, включающим измельчение шлака, разделение его на фракции, водное выщелачивание шлака, фильтрацию раствора с разделением солевого раствора и твердого остатка, выпаривание солевого раствора, сушку и обжиг твердого остатка. Перед выпариванием солевого раствора дополнительно выполняют тонкую фильтрацию солевого раствора. Перед сушкой и обжигом твердого остатка выполняют отмывку твердого осадка от солей. При этом водное выщелачивание проводят при температуре воды 25-50^oС и соотношении 1:1 по массе воды и измельченного шлака.

Дополнительная, тонкая фильтрация солевого раствора позволяет повысить качество получаемого флюса путем значительного снижения в нем количества оксидов металлов. Отмывка твердого осадка от солей NaCl и КСl позволяет получить качественный глиноземсодержащий продукт, который может быть использован в качестве глиноземсодержащего сырья. Соотношение 1:1 по массе воды и измельченного шлака при водном выщелачивание шлака является наиболее оптимальным и позволяет повысить производительность процесса без снижения качества используемых продуктов (флюса и глиноземсодержащего сырья), а также снизить расход используемой в процессе переработки шлака промышленной воды. Использование подогретой воды до 25-50^oС позволяет повысить производительность процесса выщелачивания шлака, сохраняя при этом оптимальные экономические затраты на ведение процесса переработки шлака, получая глиноземсодержащее сырье, содержащее оксид алюминия, алюминий металлический, оксид кремния, оксид железа, оксид магния, хлориды натрия и калия при следующем соотношении компонентов, мас. %: Аl₂О₃ 55 - 80; Al до 8; SiO₂ 6 - 14; Fе₂O₃ 4 - 10; MgO 2 - 10; сумма NaCl и КСl до 3.

Предложенный способ осуществляют следующим образом.

Шлак алюминиевого производства измельчают сначала в щековой дробилке, а затем в шаровой мельнице. Измельченный шлак поступает на сита грохота, где происходит его разделение на две фракции: +2,0 мм и -2,0 мм.

Фракция класса -2,0 мм поступает в реактор для водного выщелачивания, при этом соотношение воды и сырья (измельченного шлака) составляет 1:1 по массе, а сам процесс выщелачивания выполняют при температуре воды 25-50^oС, время выщелачивания составляет 15-40 минут. После выщелачивания получают пульпу, состоящую из солевого раствора и нерастворимой твердой фазы. Пульпу подают на грубую фильтрацию на ленточный вакуумный фильтр, в котором отделяют солевой раствор от твердой фазы пульпы. Мутный солевой раствор подают на фильтр ЛВАЖ для тонкой фильтрации. В результате в солевом растворе снижается количество твердой нерастворимой фазы. Раствор хлорида натрия и хлорида калия с содержанием твердой фазы менее 50 мг/литр поступает на выпаривание в выпарное устройство. После выпаривания солевого раствора получают флюс, который может быть использован в металлургическом производстве повторно. Тонкая фильтрация позволяет получить флюс с содержанием примесей в виде оксидов металлом менее 0,1% по массе, что способствует снижению температуры плавления флюса при дальнейшем использовании.

Твердый остаток, отделенный в процессе фильтрации от солевого раствора, поступает на отмывку от солей, которая осуществляется на ленточном вакуумном фильтре. В качестве промывных вод используют конденсат пара с выпарного устройства. Промывные воды подают в аппарат водного выщелачивания, тем самым реализован замкнутый цикл использования воды. Отмытый от солей твердый остаток представляет собой глиноземсодержащее сырье (ГСС). Далее ГСС подают на сушку в печь барабанного типа. Обжиг ГСС выполняют при температуре 150-500^oС, время обжига варьируется от 1 до 3 часов, в зависимости от размера преимущественной фракции ГСС. После обжига получают на выходе продукт с содержанием Аl₂О₃ в количестве 55-80%, с содержанием хлоридов до 3% и пригодного к производству металлургического и неметаллургического глинозема самых высоких марок по технологиям отечественных глиноземных заводов.

Таким образом, предложенный способ позволяет
- значительно улучшить экологическую обстановку при выполнении процесса переработки шлака алюминиевого производства, поскольку по сравнению с наиболее близким аналогом (3) в предложенном способе не осуществляют разделение измельченного шлака на более мелкие фракции (+1,0 мм, 0,6 мм-1,0 мм и -0,6 мм), а снижение времени выщелачивания предотвращает процесс обильного газообразования;
- повысить производительность процесса переработки шлака алюминиевого производства путем выполнения водного выщелачивания при температуре воды 25-50^oС и использования для фильтрации ленточного вакуумного фильтра вместо фильтра-отстойника, используемого в способе-прототипе (3);
- повысить качество получаемого флюса путем значительного снижения количества оксидов металлов во флюсе в результате использования операции тонкой фильтрации солевого раствора;
- используя глубокую отмывку твердого остатка от хлоридов, получить глиноземсодержащий продукт, применимый в качестве глиноземсодержащего сырья, которое без дополнительной подготовки может быть использовано в существующих технологиях получения металлургического и неметаллургического глинозема высоких марок.

Использование: в цветной металлургии, на предприятиях вторичной цветной металлургии. Способ переработки шлака алюминиевого производства с получением глиноземсодержащего сырья включает измельчение шлака, разделение его на фракции, водное выщелачивание измельченного шлака, фильтрацию раствора с разделением солевого раствора и твердого остатка, выпаривание солевого раствора, сушку и обжиг твердого остатка. Перед выпариванием солевого раствора дополнительно выполняют тонкую фильтрацию солевого раствора. Перед сушкой и обжигом твердого остатка выполняют отмывку твердого остатка от солей, при этом водное выщелачивание выполняют при температуре воды 25-50^oС и соотношении 1:1 по массе воды и измельченного шлака. Получаемое в результате переработки шлака глиноземсодержащее сырье содержит оксид алюминия, оксид кремния, алюминий металлический, оксид кремния, оксид железа, оксид магния, хлориды натрия и калия при следующем соотношении компонентов, мас.%: Al₂O₃ 55-80; Al до 8; SiO₂ 6 - 14; Fe₂O₃ 4-10; MgO 2 - 10; NaCl и КСl до 3. Изобретение позволяет улучшить экологическую обстановку, качество флюса и глиноземсодержащего сырья. 2 с.п. ф-лы.

1. Способ переработки шлака алюминиевого производства с получением глиноземсодержащего сырья, включающий измельчение шлака, разделение его на фракции, водное выщелачивание измельченного шлака, фильтрацию раствора с разделением солевого раствора и твердого остатка, выпаривание солевого раствора, сушку и обжиг твердого остатка, отличающийся тем, что перед выпариванием солевого раствора дополнительно выполняют тонкую фильтрацию солевого раствора, а перед сушкой и обжигом твердого остатка выполняют отмывку твердого остатка от солей, кроме того, водное выщелачивание выполняют при температуре воды 25-50^oС и соотношении 1: 1 по массе воды и измельченного шлака. 2. Глиноземсодержащее сырье, содержащее оксид алюминия, оксид кремния и оксид железа, отличающееся тем, что сырье дополнительно содержит алюминий металлический, оксид магния, хлориды натрия и калия при следующем соотношении компонентов, мас. %:
Аl₂O₃ - 55 - 80
Al - До 8
SiO₂ - 6 - 14
Fе₂О₃ - 4 - 10
MgO - 2 - 10
NaCl и КСl - До 3