способ переработки фторсодержащих отходов производства алюминия электролизом

Формула изобретения

Способ переработки фторсодержащих отходов производства алюминия электролизом, включающий выщелачивание их раствором сульфата алюминия при повышенной температуре и разделение жидкой и твердой фаз, отличающийся тем, что раствор сульфата алюминия берут с концентрацией 40 165 г/л и выщелачивание ведут при 50 100^oС.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к области цветной металлургии и может быть использовано при переработке отходов производства алюминия с целью возврата в производство соединений алюминия, щелочных металлов и фтора, а также углерода. Способ пригоден для утилизации как отработанной футеровки электролизных ванн, так и различных шламов.

Известен способ утилизации отработанной футеровки электролизеров [1] заключающийся в извлечении и возвращении в цикл ценных компонентов, таких, как фториды металлов, щелочь и углерод.

Процесс состоит из нескольких стадий. Отработанную футеровку измельчают до размера частиц 100 мкм, затем выщелачивают раствором гидроксида натрия (14 г/л) до образования обогащенного фторидом алюминия щелочного раствора и твердого остатка, содержащего углерод. С целью более полного удаления фторидов углеродсодержащий остаток обрабатывают нагретым до 105^oC раствором Al₂(SO₄)₃ и H₂SO₄ (соотношение последних 0,75 1,0). Полученный кислый фтористый раствор отделяют от частиц углерода фильтрованием. Затем раствор перерабатывают в несколько стадий с выделением AlF₃ и NaOH. Недостатком способа является то, что процесс выщелачивания ведут в две стадии с использованием реагентов как щелочной, так и кислотной природы. Это усложняем аппаратурное оформление процесса, вызывает дополнительный расход реагентов, увеличивает объемы маточного раствора и промывных вод, подвергаемых затем утилизации и обезвреживанию.

Наиболее близким к изобретению по технической сущности и достигаемому результату является способ переработки на криолит фторсодетжащих отходов [2] образующихся при улавливании и очистке отходящих газов производства алюминия электролизом. Отходы обрабатывают раствором сульфата алюминия при перемешивании и нагревании в интервале 40 70^oC в течение 0,5 3 часа. Затем через полученный таким образом раствор пропускают газообразный HF. Выдерживают атомное отношение F Al 3, применяют раствор сульфата алюминия с концентрацией 0,03 0,1 М.

К основным недостаткам способа можно отнести следующее. При столь низких значениях концентрации сульфата алюминия невозможно достичь высокой степени извлечения щелочей и в особенности фтора и тем самым решить основную задачу по обезвреживанию и полной утилизации отходов. При снижении концентрации (см. таблицу) до 30,3 г/л, что приблизительно равно 0,09М и таким образом соответствует верхней концентрационной границе (0,1 М) аналога, выход в жидкую фазу уменьшается для фтора до 82,5% а для оксида натрия до 94,4% Кроме того, получение используемого в аналоге HF в свою очередь сопровождается образованием экологически опасного отхода, фторгипса, и тем самым снижается эффективность способа переработки фторсодержащих отходов.

Техническим результатом изобретения является разделение отходов производства алюминия на криолитофторидную и углеродглиноземную фракции. Первая фракция технологический раствор, пригодный для дальнейшей переработки. И вторая твердый углероглиноземный остаток, который может быть использован, например, в качестве добавки к сырью в спекательном способе производства глинозема или в качестве пигмента в антикоррозионных покрытиях, или просто как экологически чистое топливо, или в каком-либо ином качестве. Таким образом, решается техническая задача изобретения: разделить отходы производства алюминия на фракции, пригодные к полной утилизации наиболее ценных компонентов, в них содержащихся.

Технический результат достигается тем, что в способе переработки твердых отходов производства алюминия на криолитфторидную и глиноземуглеродную фракции свежий шлам, например шлам влажной газоочистки или старый шлам со шламового поля, суспендируют в растворе сульфата алюминия концентрации 40 165 г/л, нагревают до 50 100^oC и перемешивают в течение 0,5 4,0 ч до тех пор, пока соединения щелочных металлов и фтора не перейдут в жидкую фазу практически полностью. Затем глиноземуглеродную фракцию (твердый остаток) отделяют одним из известных способов, например фильтрацией, и промывают горячей водой. Глиноземуглеродный остаток и фторидный раствор направляют на переработку.

Сущность изобретения заключается в том, что применение по способу раствора сульфата алюминия в определенном интервале концентрации делает эффективным одностадийное разделение твердых отходов на криолитфторидную и глиноземуглеродную фракции: приготавливают суспензию из шлама, твердого отхода производства алюминия и раствора сульфата алюминия, нагревают и перемешивают до тех пор, пока твердый остаток, глиноземуглеродная фракция не будет освобождена от фторидов щелочных металлов и алюминия практически полностью. Образование новой фазы, водного раствора, в который переходит криолитфторидная фракция твердых отходов, становится возможным благодаря тому, что создаются условия для образования и растворения в водной среде химических соединений: фторсульфата алюминия, сульфатов щелочных металлов и др. Именно об этом свидетельствуют данные, приведенные в таблице.

Осуществляют способ следующим образом. Навеску высушенного (не обязательно) шлама и определенный объем раствора сульфата алюминия загружают при перемешивании в реактор и нагревают в течение 0,5 4,0 ч при температуре 50 100^oC. Обработанный таким образом шлам отделяют и промывают горячей водой.

Была составлена представительная партия шлама со шламового поля одного из крупных заводов отрасли. Сухая часть высушенного при 105^oC шлама содержала, мас. Al₂O₃ 8,4; F 12,3; Na₂O 9,9; K₂O 0,32; CaO 0,77% MgO 0,49% Fe₂O₃ 1,2; SiO₂ 2,0; прочее в основном углерод. Результаты опытов представлены в таблице.

Пример осуществления способа. 5 г сухого шлама, 40 см³ раствора Al₂(SO₄)₃, концентрации 164,2 г/л и 40 см³ воды загрузили в реактор и перемешивали в течение 4 ч при t 98^oC. Затем суспензию профильтровали, твердый остаток промыли на фильтре 250 см³ горячей воды и высушивали при 105^oC. Твердый остаток содержал, масс. Al₂O₃ 7,4; Na₂O 0,47; F 0,26. Степень извлечения оксида натрия 97% фтора 98%

Приведенные в таблице данные подтверждают высокую эффективность предлагаемого способа переработки твердых отходов производства алюминия на криолитфторидную и глиноземуглеродную фракции: выход в жидкую фазу оксида натрия и фтора достигает 98%

Таким образом, предлагаемый способ позволяет использовать отходы текущего производства и вернуть в технологический процесс со шламовых полей огромные запасы щелочей, фтора, глинозема и углерода, а окружающую среду освободить от высокотоксичных загрязнителей.