УТИЛИЗАЦИЯ ШЛАМОВ ЗАВОДОВ ПО ПРОИЗВОДСТВУ АЛЮМИНИЯ
А.М. Погодаев 1, Ю.И. Сторожев 1, А.В. Белянин 2, А.В. Прошкин 3
1 ФГАОУ ВПО «Сибирский федеральный университет», г. Красноярск, Россия
2 ОАО «РУСАЛ Красноярск», г. Красноярск, Россия
3 ООО «РУСАЛ ИТЦ», г. Красноярск, Россия
Аннотация
Производство алюминия сопровождается образованием значительных объемов шламов, содержащих фторсоединения и углерод, которые в виде пульпы сбрасываются на шламовые поля. Увеличивающиеся объемы шламовых полей оказывают все возрастающую экологиче-скую нагрузку на окружающую среду.
Предлагается технология утилизации шламов, которая предусматривает сгущение пульпы и удаление влаги. Сушку и удаление углерода предлагается проводить путем его окис-ления во вращающихся печах. Полученный материал является вторичным сырьем для полу-чения в электролизере криолита и алюминия с содержанием железа до 7-8%.
Ключевые слова: производство алюминия, шлам, криолит, сгущение, обезвоживание, обжиг, электролиз.
В процессе производства алюминия образуются пыли электрофильтров, шламы газо-очистки, хвосты флотации и т.д. Все они содержат ценные компоненты, часть из которых после соответствующей переработки можно вернуть в процесс в виде вторичного сырья. На одну тонну алюминия-сырца образуется до 20 кг пылеобразных твердых отходов, которые в виде пульпы направляются на шламовые поля [1].
Проблеме утилизации шламов алюминиевых заводов посвящен ряд работ, в которых предусматривается извлечение из них наиболее ценных компонентов [2-5]. Однако на территории России шламы алюминиевых заводов практически не утилизируется.
|
|
|
При производстве алюминия пыль образуется не только вследствие механического уноса высокодисперсных частиц глинозема, углерода, криолита и т.д., но и как продукт ряда химических реакций, протекающих в анодных газах.
Фториды натрия и алюминия образуют одно устойчивое – криолит (Na3AlF6) и два неус-тойчивых химических соединения – хиолит (Na5Al3F14) и тетрафторалюминат натрия (NaAlF4). При температуре 950 оС давление насыщенного пара тетрафторалюмината натрия в 15 раз выше аналогичного давления криолита. По этой причине паро-газовая фаза над электролитом обогащена тетрафторалюминатом натрия. Тетрафторалюминат натрия, реагируя с влагой воздуха, образует высокодисперсные фторид натрия и глинозем, о чем свидетельствует отрица-тельное значение изменения энергии Гиббса (ΔGoT) реакции [6]:
2NaAlF4+3H2O=2NaF+Al2O3+6HF↑, ΔGo1173 К= -16980, Дж. (1)
Кроме того, тетрафторалюминат натрия диспропорционирует с образованием хиолита и криолита:
5NaAlF4=Na5Al3F14+2AlF3, ΔGo1173 К= -233230, Дж, (2)
3NaAlF4=Na3AlF6+2AlF3, ΔGo1173 К= -102610, Дж. (3)
|
|
|
В горелках или в безгорелочных колоколах, где происходит разбавление анодных газов воздухом, а, следовательно, и влагой, фторид алюминия, образующийся по реакциям (2 и 3), вступает в реакцию:
2AlF3+3H2O=Al2O3+6HF↑, ΔGo1173 К= -23490, Дж. (4)
Сера, окисляясь на аноде, образует оксид. Оксид серы и фтористый водород (см. реакции 1, 4) при контакте газа с содовым раствором в газоочистных аппаратах образуют сульфат натрия и фторид натрия:
SO2 +0,5О2+Na2CO3=Na2SO4+СО2, ΔGo373 К= -306720, Дж, (5)
2HF + Na2CO3 =2NaF + H2O + СО2, ΔGo373 К= -115650, Дж. (6)
На одну тонну алюминия-сырца расходуется до 450 килограммов углерода, который, окисляясь на аноде, образует монооксид и оксид углерода. Вследствие недожога углерода и смещения равновесия реакции газификации углерода вправо при понижении температуры анодных газов, образуется высокодисперсный углерод (сажа):
2СО = С+СО2, ΔGo373 К=-1067, Дж. (7)
Выше приведенные реакции (1-7), показывают, что процесс получения алюминия путем электролиза криолито-глиноземного расплава сопровождается образованием целого ряда пылеобразных побочных продуктов. В табл.1 приведено содержание различных соединений в пыли электрофильтров [1].
|
|
|
Таблица 1
Содержание основных соединений в пыли электрофильтров
Как было показано выше, большинство соединений, входящих в состав пыли электрофиль-тров, образуются за счет реакций, протекающих в анодных газах и в процессе их очистки содо-вым раствором, что подтверждается выполненными выше термодинамическими расчетами.
В табл. 2 представлено содержание основных химических элементов в пыли электро-фильтров и в шламах газоочистки [1].
Таблица 2
Дата добавления: 2019-03-09; просмотров: 528; Мы поможем в написании вашей работы! |
Мы поможем в написании ваших работ!