Способ комплексной переработки алюмосодержащих солевых шлаков
METHOD FOR COMPLEX PROCESSING OF ALUMINUM-CONTAINING SALT SLAG

Область техники
Изобретение относится к технологии переработки алюмосодержащих солевых шлаков, образующихся при производстве вторичного алюминия.
Уровень техники
Известен способ переработки алюмосодержащих шлаков путем отмывки их водой с последующей сушкой полученного осадка, его измельчением до получения пудры, которую используют при приготовлении бетонной смеси в качестве газообразователя (патент US  № 4119476, опубл. (A) ― 1978-10-10).
Причины, по которым нельзя достичь технический результат, является некачественный выход продуктов за счет остаточных газов в них.
Известен 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 (патент RU № 2137852, опубл. 20.09.1999).
Причины, по которым нельзя достичь технический результат, является то, что алюмосодержащий шлак не перерабатывается, а проводится его нейтрализация для последующего захоронения.
Известен так же способ переработки алюминиевого шлака, включающий измельчение в размольном барабане, отделение металлического алюминия, после чего производят разделение оксидной и солевой части шлака. Далее осуществляют помол солевого шлака в барабанной мельнице с водой и после фильтрации рассол упаривают, а шлак повторно направляют на помол. Измельчение солевого шлака производят по многостадиальной схеме и после его отмывки шлак складируют (DE патент № 2825806 от 13.06.78, МКИ С22В 7/04).
Причины, по которым нельзя достичь технический результат, является то, что он ограничивается извлечением из шлака металлического алюминия и солей NaCl и KCl.
Ближайшим аналогом, взятый за прототип является способ получения сульфата алюминия, включающий предварительную отмывку шлака, содержащего оксид алюминия, от солей, затем обработку его серной кислотой, отделение фильтрацией полученного раствора от песка, отличающийся тем, что песок промывают, а очищенный раствор после фильтрации подают в кристаллизатор и охлаждают, отделяют кристаллы сульфата алюминия от маточного раствора, в состав которого входит серная кислота, кристаллы сульфата алюминия промывают органическим растворителем, очищенные кристаллы сульфата алюминия сушат и расфасовывают в мешки, после их промывки из оставшейся смеси органического растворителя, воды и серной кислоты отделяют отгонкой органический растворитель при температуре его кипения, сжиженный органический растворитель используют в последующих промывочных операциях, а маточный раствор, в состав которого входит серная кислота, используют на последующих стадиях обработки шлака (RU патент № 2315715, опубл., 27.01.2008).
Причины, по которым нельзя достичь технический результат, является то, что использование алюмосодержащего шлака для получения одного продукта – сульфата алюминия, без предварительной очистки исходного сырья от железа и оборотного маточного раствора от примесей сульфатов металлов, что снижает качество готового продукта.
Раскрытие сущности изобретения
Техническая проблема заключается в разработке способа обеспечивающего разделение на составляющие реагенты в алюмосодержащем солевом шлаке.
Технический результат направлен на повышение качества и количества готовых продуктов из алюмосодержащих солевых шлаков, за счет тщательного разделения сырья на составляющие компоненты на каждой стадии технологического процесса.
2
4
2
2
3
Технический результат достигается тем, что способ комплексной переработки алюмосодержащих солевых шлаков, включающий предварительное дробление и отмывку от солей шлака, содержащего оксид алюминия, затем обработку шлака серной кислотой, отделение фильтрацией полученного раствора от песка, песок промывают, а очищенный раствор подают в кристаллизатор и охлаждают, отделяют кристаллы сульфата алюминия от маточного раствора, в состав которого входит серная кислота, кристаллы сульфата алюминия промывают органическим растворителем, который после регенерации используют в последующих промывочных операциях, а маточный раствор, в состав которого входит серная кислота, используют на последующих стадиях обработки шлака, причем выделившиеся газы при промывке шлака от солей H, CH, CH сжигают и используют теплоту сгорания для упаривания солевого раствора и получения кристаллов солей NaCl и KCl, а NH используют для получения сульфата аммония, отмытый от солей шлак предварительно очищают  от оксидов железа на магнитном сепараторе, а маточный раствор предварительно очищают от примесей сульфатов побочных металлов.
Описание чертежей
Реализация способа представлена схематично на фиг. 1, где:
1. шаровая мельница;
2. реактор промывки шлака;
3
3. емкость р-ра NH;
4. горелка;
5. фильтр разделения шлака и раствора солей NaCl, KCl;
6. кристаллизатор солей NaCl, KCl;
7. центрифуга;
8. магнитный сепаратор;
9. реактор сульфирования;
10. фильтр пульпы;
11. фильтр промывки песка;
12. сушильный барабан;
13. кристаллизатор сульфата алюминия;
14. фильтр КСА;
15. фильтр промывки КСА;
16. испаритель;
17. конденсатор;
18. выпарной аппарат;
19. фильтр Mе;
20. реактор получения сульфата аммония;
21. фильтр гидроксидов металлов;
22. кристаллизатор сульфата аммония;
23. фильтр сульфата аммония;
24. барабан для сушки сульфата аммония.
Осуществление изобретения
Способ включает предварительную отмывку шлака, содержащего оксид алюминия, от солей (NaCl и KCl) с образованием насыщенного 30% раствора. Выделившиеся газы (NH3, C2H2, CH4, H2) разделяют в водной среде с образованием раствора аммиака и смеси газов, состоящую из водорода, метана и ацетилена. Смесь газов (H2, CH4, С2Н2) используют в качестве энергоносителя для получения кристаллов NaCl и KCl  из раствора. Раствор аммиака используют в технологическом процессе для получения минерального удобрения.
Шлак, отмытый от солей, очищают от оксидов железа, обрабатывают серной кислотой, отделяют фильтрацией полученный раствор от песка. Песок промывают, а очищенный раствор после фильтрации подают в кристаллизатор и охлаждают. Отделяют кристаллы сульфата алюминия от маточного раствора, в состав которого входят серная кислота и сульфаты примесей металлов. Кристаллы сульфата алюминия промывают органическим растворителем, сушат и расфасовывают в мешки. После их промывки из оставшейся смеси органического растворителя и маточного раствора отделяют отгонкой органический растворитель. Сжиженный органический растворитель используют в последующих промывочных операциях. Маточный раствор после фильтрации кристаллов сульфата алюминия и маточный раствор после отгонки органического растворителя собирают и направляют на регенерацию. При регенерации маточный раствор упаривают до содержания серной кислоты 76%. При концентрации серной кислоты образуются кристаллы сульфатов побочных металлов (Mg, Fe и пр.). Кристаллы сульфатов металлов отфильтровывают, а очищенный маточный раствор используют на последующих стадиях обработки шлака.
Отфильтрованные кристаллы сульфатов побочных металлов растворяют в аммиачной воде с образованием сульфата аммония и гидроксидов металлов. Гидроксиды металлов отфильтровывают и сушат. Раствор сульфата аммония упаривают до образования кристаллов. Кристаллы сульфата аммония отфильтровывают, сушат и упаковывают в мешки.
При переработки солевых шлаков получают смесь солей NaCl и KCl, которые являются флюсом для плавки вторичного алюминия; сульфат алюминия, который используют в качестве коагулянта при очистке хозяйственно-питьевых, промышленных  и сточных вод; сульфат аммония, применяемый в качестве минерального удобрения, а также песок состоящий из оксида кремния, алюминия, магния, железа и прочих металлов и их гидроксидов, являющийся безопасным строительным материалом, оксиды железа которые используют для получения пигментов.
Изобретение позволяет эффективно реализовывать универсальную, безотходную, экологически безопасную технологию комплексной переработки алюмосодержащих шлаков.
Шлак дробленный, очищенный от кускового алюминия и лома железа измельчают в шаровой мельнице 1. Для протекания химических реакций и ускорения процесса измельчения в шаровую мельницу подаётся незначительное количество воды. Измельченный шлак поступает в реактор промывки шлака 2., где завершаются химические реакции с выделением газов (NH3,  H2. CH4, С2Н2),  Газы пропускаются через  воду в емкости 3 с образованием аммиачного раствора.  Очищенные от аммиака газы (H2. CH4, С2Н2) сжигаются на горелке 4.
Шлак после реактора 2 отделяют на фильтре разделения шлака и раствора солей NaCl, KCl 5 от насыщенного раствора солей NaCl и KCl.  В кристаллизаторе солей NaCl, KCl 6 под действием тепла с горелки 4 удаляется избыток влаги до образования кристаллов NaCl и KCl. Кристаллы солей NaCl и KCl отделяют на центрифуге 7, а насыщенный раствор возвращают в кристаллизатор солей NaCl, KCl 6.
Шлак с фильтра разделения шлака и воды 5 подают на магнитный сепаратор 8 для удаления оксидов железа. Очищенный шлак подают в реактор сульфирования 9, куда также подают серную кислоту, оборотный маточный раствор (МР) и воду. После проведения реакции пульпу сливают на фильтр пульпы 10, где отделяют песок от раствора. Песок на фильтре промывки песка 11 промывают и сушат в  сушильном барабане 12. Промывная вода поступает в реактор сульфирования 9. Раствор с фильтра пульпы 10 поступает в кристаллизатор сульфата алюминия 13. При охлаждении раствора содержащего серную кислоту выпадают кристаллы сульфата алюминия.  Кристаллы сульфата алюминия (КСА) отделяют от маточного раствора на фильтре КСА 14, промывают на фильтре промывки КСА  15 органическим растворителем (спирт этиловый) от остатков маточного раствора, фильтруют и сушат. Органический растворитель с маточным раствором поступает в испаритель 16, где отделяется от маточного раствора, конденсируется в конденсаторе 17 и используется в последующих операциях промывки кристаллов сульфата алюминия. Маточный раствор с фильтра КСА 14 и испарителя 16 собирают в выпарном аппарате 18.  При упаривании маточного раствора до концентрации серной кислоты 76% образовавшиеся кристаллы сульфатов металлов (Mg, Fe и пр.) отделяют на фильтре Me 19. Очищенный маточный раствор направляют в реактор сульфирования 9 на последующие варки сульфата алюминия. Кристаллы сульфатов металлов (Mg, Fe и пр.) растворяют в аммиачной воде в реакторе получения сульфата аммония 20 с образованием сульфата аммония и гидроксидов металлов. Гидроксиды металлов отделяют на фильтре гидроксидов металлов 21 и сушат, а раствор сульфата аммония упаривают в кристаллизаторе сульфата аммония 22 до образования кристаллов, фильтруют на фильтре сульфата аммония 23 и после сушки в барабане для сушки сульфата аммония 24 упаковывают в мешки.