Технология переработки твёрдого остатка, образующегося при сернокислотном разложении глинозём-, фторсодержащих отходов производства алюминия

ДОКЛАДЫ АКАДЕМИИ НАУК РЕСПУБЛИКИ ТАДЖИКИСТАН _2015, том 58, №2_

МЕТАЛЛУРГИЯ

УДК 669.054:669.071

Б.С.Азизов, Ш.О.Кабиров, Дж.Р.Рузиев, А.Х.Сафиев, Ш.Х.Раджабов, академик АН Республики Таджикистан Х.Сафиев

ТЕХНОЛОГИЯ ПЕРЕРАБОТКИ ТВЁРДОГО ОСТАТКА, ОБРАЗУЮЩЕГОСЯ ПРИ СЕРНОКИСЛОТНОМ РАЗЛОЖЕНИИ ГЛИНОЗЁМ-, ФТОРСОДЕРЖАЩИХ ОТХОДОВ ПРОИЗВОДСТВА АЛЮМИНИЯ

Государственное учреждение «Научно-исследовательский институт металлургии»

ГУП «ТАлКо»

Приведены результаты исследований по разработке технологии переработки твёрдого остатка, образующегося после сернокислотного разложения глинозём-, фторсодержащих отходов производства алюминия. Установлены рациональные режимы осуществления водной обработки твёрдого остатка, известково-щелочной и содово-щелочной обработки полученного при этом раствора сульфатов. Разработана принципиальная технологическая схема, которая даёт возможность производства плавиковой кислоты, глинозёма, криолита и фторида алюминия из этих промышленных отходов.

Ключевые слова: производство алюминия - глинозём-, фторсодержащие отходы - сернокислотное разложение - известково-щелочная обработка - содово-щелочная обработка - плавиковая кислота - глинозём - фторсоли.

Основным сырьём для получения фторсолей, используемых при производстве алюминия, является плавиковый шпат. Учитывая ежегодный рост потребления фторсолей и сокращение запасов природного флюорита, во многих странах, производящих эти соли, ведётся целенаправленный поиск нетрадиционного сырья для их производства, в том числе из отходов производства алюминия [1-4].

В работах [5,6] были опубликованы результаты исследований по кинетике сернокислотного разложения глинозём-, фторсодержащих отходов производства алюминия и разработке технологии получения плавиковой кислоты из этих отходов. При осуществлении данного процесса образуется твёрдый остаток, содержащий сульфаты алюминия, натрия, железа, кальция, магния и угольную мелочь.

В данной работе приведены результаты исследований по разработке технологии переработки этого остатка с получением технологического сырья для ГУП «Таджикская Алюминиевая Компания» (ТАлКо) и Яванского завода по производству криолита и фторида алюминия.

С целью извлечения из вышеуказанного твёрдого остатка наиболее ценного компонента -сульфата алюминия, остаток подвергался водной обработке при различных температурах, продолжительности процесса и соотношениях Т:Ж.

Адрес для корреспонденции: Сафиев Хайдар. 734003, Республика Таджикистан, г. Душанбе, ул. Х.Хакимзаде, 17, ГУ «Научно-исследовательский институт металлургии» ГУП «ТАлКо». E-mail: inmet.talco@mail.ru, h.safiev@mail.ru

В езультате установлено, что повышение этих параметров водного выщелачивания положительно влияет на степень извлечения растворимых сульфатов из твёрдого остатка (рис. 1). Так, при 95°С и соотношении Т:Ж=1:5 из твёрдого остатка в течение 30 мин извлекается практически весь (до 97%) содержащийся в нём сульфат алюминия. Наряду с сульфатом алюминия в раствор также переходят полностью сульфаты натрия, железа, магния и частично кальция. При охлаждении пульпы вследствие низкой растворимости CaSO4 практически полностью переходит в осадок. Таким образом, отфильтрованный раствор содержит, мас.%: 40.5 Al2(SO4)3, 52.1 Na2SO4, 5.6 Fe2(SO4)3, 1.5 MgSO4 и 0.2 CaSO4.

Для выделения ионов алюминия из образующейся смеси сульфатов были исследованы два варианта обработки раствора: известково-щелочной (А) и содово-щелочной (В).

Рис. 1. Зависимость степени извлечения сульфата алюминия при водной обработке твёрдого остатка от температуры (а), продолжительности процесса (б) и соотношения Т:Ж (в).

При известково-щелочной обработке раствора вследствие протекания реакций:

Al2(SO4)з+6NaOH=|3Na2SO4+Al(OH)з| Al(OH)з+NaOH=Na[Al(OH)4] ионы алюминия в начале, в виде Al(OH)3, выпадают в осадок, а затем переходят в раствор в виде алюмината натрия, в то время как ионы Ca2+, Mg2+ и 80^ выводятся из раствора в виде осадков Fe(OH)3, CaSO4 и Mg(OH)2 согласно уравнениям реакций:

Fe2(SO4)з+6NaOH=|2Fe(OH)з+3Na2SO4 CaO+H2O+Na2SO4=|CaSO4+2NaOH

MgSO4+2NaOH=|Mg(OH)2+ Na2SO4

Исследования, проведённые по установлению зависимости степени извлечения Al2O3 (в виде Na[Al(OH)4]) из раствора сульфатов вышеуказанного состава от соотношения NaOH и CaO, вводимых в раствор показали (рис. 2), что при комнатной температуре и соотношении тшон : тсао = 15:10 степень извлечения Al2O3 из раствора достигает 96.7%.

Рис. 2. Зависимость степени извлечения А12С3 от масс NaOH (а) и CaO (Ь), добавляемых к 50 мл сульфатсодержащего раствора.

Снижение степени извлечения Al2O3 при дальнейшем увеличении массы вводимого в раствор СаО, вероятно, связано с образованием нерастворимого гидроалюмината кальция [7,8], согласно уравнению реакции:

ЗCa(OH)2+2Na[Al(OH)4]=3CaO • А^з • 6H2O+2NaOH.

При содово-щелочной обработке раствора сульфатов в начале ионы алюминия и железа осаждаются в виде осадка гидроксидов:

Al2(SO4)з+ЗNa2СOз+ЗH2O=|2Al(OH)з+ЗNa2SO4+ЗCO2t

Fe2(SO4)з+ 3^2ТОз+ ЗH2O=|2Fe(OH)з+ЗNa2SO4+ЗCO2t,

а затем, после разделения пульпы, при воздействии раствора NaOH на осадок, ионы алюминия переходят в раствор в виде Na[Al(OH)4].

Исследования по установлению влияния соотношения масс Al2(SO4)з и Fe2(SO4)з, содержащихся в растворе, к массе Na2COз на степень осаждения ионов алюминия и железа показали (рис.3),

что при комнатной температуре и соотношении м Ре : = 1:1 ионы алюминия и железа

практически полностью (97.2% и 98.5% соответственно), в виде гидроксидов, переходят в осадок.

Рис. 3. Зависимость степени осаждения А1(ОН)3 (а) и Бе(0Н)3 (Ь) от массы №2С03, добавляемого к 50 мл сульфатсодержащего раствора.

Дальнейшее увеличение массы Ка2С03 не влияет на степень осаждения ионов железа, однако снижает этот показатель для ионов алюминия вследствие частичного растворения осадка А1(0Н)3, согласно уравнению реакции:

2А1(0Н)з+Ка2С0з+Н20=2Ка[А1(0Н)4]+С02Т.

С целью извлечения А1203 (в виде алюмината натрия) из осадка, выпавшего из 50 мл раствора сульфатов, к нему при различных температурах и продолжительности процесса добавлялось по 30 мл раствора №0Н различной концентрации.

Как видно из таблицы, увеличение температуры и продолжительности процесса приводят в начале к резкому, а затем к плавному росту степени извлечения А1203 из осадка.

Таблица

Степень извлечения А1203 при различных температурах, каустическом отношении и продолжительности процесса

г,°с 20 40 60 80 90 90 90 90 90 90 90 90 90 90

С№ОН, г/л 100 100 100 100 100 120 140 160 180 200 220 200 200 200

х, мин 45 45 45 45 45 45 45 45 45 45 45 15 30 60

аЛ1203 , % 38.3 46.0 51.6 57.6 58.9 66.3 76.2 88.0 93.1 98.1 98.4 64.1 90.0 98.2

При рациональном режиме осуществления процесса (1=90оС, С№0Н=200г/л, т=45мин) степень извлечения А1203 достигает 98.1%.

На основе полученных в настоящей и предыдущих [5,6] работах результатов была разработана принципиальная технологическая схема сернокислотной переработки глинозём-, фторсодержащих отходов производства алюминия и образующегося при этом твёрдого сульфатного остатка (рис.4).

Согласно этой схеме, глинозём-, фторсодержащие отходы измельчаются и разлагаются при оптимальном режиме концентрированной серной кислотой. Полученный продуктивный газ абсорбируются водой, раствор очищается от примесей и чистая плавиковая кислота используется либо как самостоятельный продукт, либо как сырьё для производства криолита и фторида алюминия.

С целью извлечения сульфата алюминия из твёрдого остатка, образующегося при сернокислотном разложении, он подвергается обработке горячей водой. В результате в раствор переходят сульфаты алюминия, натрия, железа и частично кальция и магния. Пульпу охлаждают и фильтруют, при этом в осадок переходят малорастворимый CaSO4, угольная мелочь и другие нерастворимые компоненты, которые направлются на производство строительных материалов.

Технологическая схема предусматривает 2 варианта обработки сульфатного раствора после фильтрации: известково-щелочной (вариант А) и содово-щелочной (вариант В).

В соответствии с вариантом А, сульфатсодержащий раствор обрабатывается раствором NaOH и негашеной известью. Пульпа охлаждается и фильтруется, осадок СаSO4, Fe(OH)з и Mg(OH)2 направляется на производство строительных материалов, а алюминатный раствор, в зависимости от целей и возможностей производства, направляется либо на варку криолита (I), либо на получение Al(OH)з декомпозицией (II) или карбонизацией (III). Образующийся Al(OH)з подвергают кальцинации с получением глинозёма (2), либо используют в качестве сырья в производстве криолита (3) и фторида алюминия (1).

При осуществлении процесса по варианту В, с добавкой раствора Na2COз к раствору сульфатов осаждают гидроксиды алюминия, железа и магния. При обработке осадка раствором NaOH алюминий переходит в раствор в виде алюмината натрия, который используется аналогично алюминат-ному раствору, полученному по варианту А, а осадок Fe(OH)з и Mg(OH)2 направляют на производство строительных материалов. Раствор Na2SO4, образующийся при взаимодействии раствора Na2COз с сульфатсодержащим раствором, каустифицируют, полученный раствор NaOH направляют на выщелачивание, а осадок СаSO4 - на производство строительных материалов.

Для большинства процессов, осуществляемых после обработки сульфатного раствора по вариантам А и В, режимы и условия протекания хорошо изучены и широко представлены в научной литературе.

Разработанная технологическая схема утилизации глинозём-, фторсодержащих отходов производства алюминия имеет экономическую и экологическую целесообразность и может быть реализована на оборудовании строящегося в г. Яване завода по производству криолита и фторида алюминия.

Рис. 4. Принципиальная технологическая схема сернокислотной переработки глинозём-, фторсодержащих отходов производства алюминия и образующегося при этом твёрдого сульфатного остатка.

Поступило 29.12.2014 г.

ЛИТЕРАТУРА

1. Истомин С.П., Куликов Б.П. - Цветные металлы, 1999, №3 с. 45-47.

2. Куликов Б.П., Истомин С.П. Переработка отходов алюминиевого производства. 2-е изд. -Красноярск, 2004, 480 с.

3. Куликов Б.П., Рагозин Л.В. - Цветные металлы, 2002, Спец. вып., с. 36-41.

4. Галевский Г.В., Кулагин Н.М., Минцис М.Я. Экология и утилизация отходов в производстве алюминия. - М.: Наука, 2005, 272с.

5. Сафиев Х., Раджабов Ш.Х., Рузиев Дж.Р., Бобоев Х.Э., Азизов Б.С. Кинетика процесса сернокислотного разложения твёрдых фторсодержащих отходов производства алюминия. - ДАН РТ, 2013, т. 56, №1, с.44-47.

6. Сафиев Х., Кабиров Ш.О., Азизов Б.С. и др. Технология получения криолита и фторида алюминия из глинозём-, фторсодержащих отходов производства алюминия. - ДАН РТ, 2011, т. 54, №10, с. 845-850.

7. Лайнер А.И. Производство глинозема. - М.: Металлургиздат, 1961, 620с.

8. Беляев А.И. Металлургия легких металлов. 6 изд. - М.:Металлургия, 1970, 368 с.

Б.С.Азизов, Ш.О.Кабиров, Ч,.Р.Рузиев, АД.Сафиев, Ш.Х.Рачабов, ^.Сафиев

ТЕХНОЛОГИЯИ КОРКАРДИ БОЦИМОНДАИ САХТИ БАЪДИ ТА^ЗИЯИ ПАРТОВХОИ ФТОРУ ГИЛХОКДОРИ ИСТЕ^СОЛИ АЛЮМИНИЙ БО КИСЛОТАИ СУЛФАТ ^ОСИЛШАВАНДА

Муассисаи давлатии «Пажу^ишго^и илмию тащицотии металлургия»-и КВД «Ширкати Алюминийи Тоцик»

Дар макола натичахои тахкикот оид ба тахияи технологияи коркарди бокимондаи сахте, ки баъди тачзияи партовхои гилхоку фтордори истехсоли алюминий бо кислотаи сулфат хосил мешавад, оварда шудаанд. Речахои муносиби коркарди ин бокимондаи сахт бо об ва махлули сулфатхои дар натича хосилшуда бо охаку ишкор ва содаю ишкор муайян гардиданд. Накшаи принсипиалии технологияе, ки имконияти хосил намудани кислотаи гидрогенфторид, гилхок, криолиту фториди алюминийро аз ин партовхои саноатй мухайё мегардонад, тахия гашт. Калима^ои калиди: истеусоли алюминий - партовхои гилхоку фтордор - тацзия бо кислотаи сулфат - коркард бо оуаку ишцор - коркард бо содаю ишцор - кислотаи гидрогенфторид - гилхок -намащои фтордор.

B.S.Azizov, Sh.O.Kabirov, J.R.Ruziev, A.H.Safiev, Sh.Kh.Rajabov, H.Safiev THE TECHNOLOGY OF PROCESSING SOLID RESIDUES IN SULFURIC ACID DECOMPOSITION OF ALUMINA- AND FLUORINE WASTES OF ALUMINUM

PRODUCTION

SE "Scientific Research Institute of Metallurgy" SUE "TALCO"

In the paper the results of studies on the development of technology for the processing of the solid residue formed after sulfuric decomposition of alumina- and fluorinecontaining wastes of aluminum production are presents. Installed rational modes of the water treatment solid residues and calc-alkaline, alkaline soda processing sulphatecontaining solution. A principal process scheme enables the preparation of hydrofluoric acid, alumina, aluminum fluoride and cryolite from these industrial wastes.

Key words: production of aluminum - alumina- and fluorinecontaining wastes - sulfuric decomposition -calc-alkaline processing - soda-alkaline processing - hydrofluoric acid - alumina - fluorinecontaining salts.