Определение оптимальных параметров выщелачивания фтора из угольной части отработанной футеровки демонтированных электролизеров производства алюминия
- 1 — д-р техн. наук заведующая кафедрой Иркутский национальный исследовательский технический университет
- 2 — канд. техн. наук доцент Иркутский национальный исследовательский технический университет ▪ Orcid
- 3 — аспирант Иркутский национальный исследовательский технический университет
Аннотация
При получении алюминия электролизом криолит-глиноземных расплавов при отключении ванн на капитальный ремонт образуется твердый техногенный продукт – отработанная футеровка электролизеров (ОФЭ). Объем образования ОФЭ составляет 30-50 кг на 1 т алюминия. В настоящее время она в основном складируется на полигонах вблизи промышленных предприятий, нанося вред окружающей среде. Однако данное техногенное сырье содержит ценные компоненты (фтор, алюминий, натрий), которые можно извлечь для получения фтористых солей, востребованных в процессе электролитического получения алюминия. Объектами исследований явились образцы угольной части отработанной футеровки демонтированных электролизеров типа С-8БМ(Э) АО «РУСАЛ Красноярск» (г. Красноярск) компании «РУСАЛ». Согласно результатам исследований фазового состава образцов, проведенным методом рентгеноструктурного анализа (на дифрактометре D8 ADVANCE фирмы «Bruker»), установлено, что основными фторсодержащими соединениями в них являются криолит, хиолит, фториды натрия и кальция. Общее содержание фтора в изученных образцах составило в среднем 13,1 %. Нами проведены исследования по выщелачиванию фтора из ОФЭ раствором каустической соды (концентрация NaOH – 17,5 г/дм 3 ). Процесс проводили в реакторе с механическим перемешиванием, осуществляемым с использованием верхнеприводной лабораторной мешалки BIOSAN MM-1000 с двулопастной насадкой. Методом математического планирования трехфакторного эксперимента было установлено взаимное влияние трех условий выщелачивания на параметр оптимизации – извлечение фтора в раствор (в процентах). Максимальный переход фтора из ОФЭ в раствор выщелачивания составил в среднем 86,4 % и был достигнут при следующих показателях: температура процесса – 95 °С, соотношение жидкой и твердой фаз – 9:1, продолжительность – 210 мин.
Литература
- Baranov A.N., Timkina E.V., Tyutrin A.A. Research on leading fluorine from carbon-containing materials of alumi- num production. Vestnik Irkutskogo gosudarstvennogo tekhnicheskogo universiteta. 2017. Vol. 21. N 7, p.143-151. DOI: 10.21285/1814-3520-2017-7-143-151 (in Russian).
- Borovikov V.V. A popular introduction to modern data analysis in the STATISTICA system. Мoscow: Goryachaya liniya- Telekom, 2013, p.288 (in Russian).
- Galevskij G.V. Kulagin N.M., Mincis M.Ya. Ecology and recycling of waste in the production of aluminum. Novosibirsk: Nauka, 1997, p.159 (in Russian).
- Zenkin E.Yu., Gavrilenko A.A., Nemchinova N.V. On «RUSAL BRATSK» JSC primary aluminum production waste recycling. Vestnik Irkutskogo gosudarstvennogo tekhnicheskogo universiteta. 2017. Vol. 21. N 3, p. 123-132. DOI: 10.21285/1814-3520-2017-3-123-132 (in Russian).
- Shepelev I.I., Sakhachev A.Y., Zhyzhaev A.M., Dashkevich R.Ya., Golovnykh N.V. Extraction of valuable components from alumosilicate natural and technogenic materials under alumina production by sintering. Vestnik Irkutskogo gosudarstvennogo tekhnicheskogo universiteta. 2018. Vol. 22. N 4, p. 202-214. DOI: 10.21285/1814-3520-2018-4-202-214 (in Russian).
- Nemchinova N.V., Shumilova L.V., Salkhofer S.P., Razmakhnin K.K., Chernova O.A. Integrated sustainable waste man- agement. Metallurgical industry. Мoscow: Izd. dom Akademii estestvoznaniya. 2016, p. 494 (in Russian).
- Kulikov B.P., Istomin S.P. Aluminum production waste treatment. Krasnoyarsk: ООО Кlassik, 2004, p. 480 (in Russian).
- Bogdanov Yu.V., Pavlov S.Yu., Somov V.V., Suss A.G., Damaskin A.A., Pingin V.V., Zherdev A.S. Patent N 2616753 RF. A method for processing fluorocarbon-containing wastes of electrolytic aluminum production. Publ. 18.04.2017. Bul. N 11 (in Russian).
- Radionov E.Yu., Tret'yakov Ya.A., Nemchinova N.V. Influence of the position of the anode frame on the magnetohydrody- namic parameters of the electrolyzer S-8BME. Tekhnologiya metallov. 2018. N 4, p. 31-39 (in Russian).
- Mineev G.G., Mineeva T.S., Zhuchkov I.A., Zelinskaya E.V. Theory of metallurgical processes. Irkutsk: Izd-vo Irkutskogo gosudarstvennogo tekhnicheskogo universiteta, 2010, p. 524 (in Russian).
- Timkina E.V., Baranov A.N., Petrovskaya V.N., Ershov V.A. Thermodynamics of fluorine leaching from aluminum production waste. Vestnik Irkutskogo gosudarstvennogo tekhnicheskogo universiteta. 2016. Vol. 20. N 12, p. 190-200. DOI: 10.21285/1814-3520-2016-12-182-192 (in Russian).
- Shenk Kh. Theory of Engineering Experiment. Мoscow: Mir, 1972, p. 381 (in Russian).
- Grjotheim K., Welch В. Aluminium Smelter Technology. Dusseldorf: Aluminium Verlag, 1993, p. 634.
- Holywell G., Breault R. An Overview of Useful Methods to Treat, Recover, or Recycle Spent Potlining. JOM. 2013. Vol. 65. N 11, p. 1441-1451. DOI: 10.1007/s11837-013-0769-y
- Burdonov A.E., Zelinskaya E.V., Gavrilenko L.V., Gavrilenko A.A. Investigation of substantial composition of alumina- bearing material of aluminium electrolysers for usage in primary aluminium technology. Tsvetnye Metally. 2018. Vol. 3, p. 32-38. DOI: 10.17580/tsm.2018.03.05
- Medvedev V.V., Akhmedov S.N. Evolution of the Technology for the Production of Alumina from Bauxites. Light Metals. 2014. Vol. 2014, p. 5-9. DOI: 10.1007/978-3-319-48144-9_1
- Meirelles B., Santos H. Economic and Environmental Alternative for Destination of Spent Pot Lining from Primary Alu- minum Production. Light Metals. 2014. Vol. 2014, p. 565-570. DOI: 10.1007/978-3-319-48144-9_96
- Patrin R.K., Bazhin V.Y. Spent Linings from Aluminum Cells as a Raw Material for the Metallurgical, Chemical, and Construction Industries. Metallurgist. 2014. Vol. 58. Iss. 7-8, p. 625-629. DOI: 10.1007/s11015-014-9967-2
- Pawlek R.P. Spent Potlining: an Update. Light Metals. 2012. Vol. 2012, p. 1313-1317. DOI: 10.1007/978-3-319-48179-1_227
- Bazhin V.Yu., Brichkin V.N., Sizyakov V.M., Cherkasova M.V. Pyrometallurgical treatment of a nepheline charge using additives of natural and technogenic origin. Metallurgist. 2017. Vol. 61. Iss. 1, p. 147-154. DOI: 10.1007/s11015-017-0468-y
- Mann V., Buzunov V., Pitertsev N., Chesnyak V., Polyakov P. Reduction in Power Consumption at UC RUSAL’s Smelt- ers 2012-2014. Light Metals. 2015. Vol. 2015, p. 757-762. DOI: 10.1007/978-3-319-48248-4_128
- Sizyakov V.M., Bazhin V.Y., Sizyakova E.V. Feasibility study of the use of nepheline-limestone charges instead of bauxite. Metallurgist. 2016. Vol. 11. N 59, p. 1135-1141. DOI: 10.1007/s11015-016-0228-4
- Smagulov D.U., Belov N.A., Dostayeva A.M. Roasting effect on the electrical resistivity of the Al-0,5 % Zr alloys. Bulletin of the university of Karaganda-Physics. 2015. Vol. 80. Iss. 4, p.19-23.
- Solheim A., Skybakmoen E. The future of the Hall-Héroult technology. Non-Ferrous Metals and Minerals. 2018, p. 300-309.
- Somov V.V., Nemchinova N.V., Korepina N.A. Analytical methods of researching the aluminium electrolysis cell fulfilled lining samples. Journal of Siberian Federal University – Engineering and technologies. 2017. Vol. 10(5), p. 607-620. DOI: 10.17516/1999-494X-2017-10-5-607-620
- Buzunov V., Mann V., Chichuk E., Frizorger V., Pinaev A., Nikitin E. The First Results of the Industrial Applica- tion of the EcoSoderberg Technology at the Krasnoyarsk Aluminium Smelter. Light Metals. 2013. Vol. 2013, p. 573-576. DOI: 10.1002/9781118663189.ch98
- Sorlie M., Oye H. Cathodes in Aluminium Electrolysis. Dusseldorf: Aluminium – Verlag Marketing and Kommunikation GmbH, 2010, p.650.
- Yurkov A. Refractories for Aluminum: Electrolysis and the Cast House. Springer International Publishing, 2015, p. 286. DOI: 10.1007/978-3-319-53589-0
- Zhao X., Ma L. Hazardous waste treatment for spent pot liner. IOP Conf. Series: Earth and Environmental Science. January 2018. 108(4): 042023. DOI: 10.1088/1755-1315/108/4/042023