СПОСОБ ОБРАБОТКИ ОТВАЛЬНОГО СОЛЕВОГО ШЛАКА ПРИ ПЕРЕПЛАВЕ ВТОРИЧНЫХ ОТХОДОВ АЛЮМИНИЯ И АЛЮМИНИЕВЫХ СПЛАВОВ
METHOD FOR TREATMENT OF DUMP SALT SLAG IN REMELTING OF SECONDARY WASTES OF ALUMINIUM AND ALUMINIUM ALLOYS

Изобретение относится к цветной металлургии, в частности к переработке вторичных алюминиевых отходов, и может быть использовано для подготовки шлаков, образующихся при производстве алюминия из ломов и отходов для дальнейшей переработки и применения.
Цветные металлы и сплавы являются дефицитными и дорогостоящими материалами, поэтому с целью экономии для приготовления сплавов применяют вторичные цветные металлы, которые готовят из лома и отходов. Лом цветных металлов образуется в процессе естественного износа оборудования, а отходы - при разливке металла в литейных цехах, количество которых определяется совершенством технологии. При переплаве вторичного алюминиевого сырья при сливе металла образуются солевые отвальные шлаки, содержащие металл и оксиды, которые могут быть использованы для дальнейшей переработки.
Процесс производства вторичных сплавов на основе алюминия из лома и отходов имеет ряд особенностей - плавка ведется с применением покровных флюсов, наличие которых в отвальных солевых шлаках затрудняет их дальнейшее использование. В связи с чем требуется подготовка шлаков для дальнейшей переработки.
Технология подготовки шлаков предполагает обязательное дробление и измельчение для проведения последующего отделения оксидной части путем водного выщелачивания водорастворимых солей, вакуумной дистилляции солевой составляющей и т.п. В результате этих операций поверхность соприкосновения между компонентами шихты значительно увеличивается, что обеспечивает при переработке шлака быстрое протекание физико-химических процессов в шихте.
Известен способ подготовки алюминийсодержащих материалов для дальнейшей переработки, включающий дробление, проводимое в несколько стадий: крупное дробление до размера 100-300 мм, среднее - до 10-50 мм, мелкое - до 2-10 мм; и последующее измельчение шихты до 0,1 мм и меньше (А.И.Сушков, И.А.Троицкий Металлургия алюминия, М., Металлургия, 1965, с.44-45). Учитывая специфику дробильного оборудования способ многостадийного дробления нетехнологичен, требует больших энергозатрат, время и затраты на транспортировку от одной дробильной установки до другой.
Дробление и измельчение - операции дорогостоящие, поэтому желательно получение при переплаве вторичных отходов алюминия отвального солевого шлака с возможно наименьшим размером кусков.
Известен способ обработки вторичного шлака в процессе переплава металлургических отходов алюминиевого производства, при котором после слива металла вторичный шлак удаляют из печи и в горячем состоянии подвергают вибрации (РФ 2179592, опубл. 20.02.2002).
Такой способ обработки позволяет переработать шлак непосредственно после переплава вторичного сырья в горячем состоянии. Однако указанным способом невозможно измельчить шлак после остывания, так как он представляет собой спекшийся конгломерат и для дальнейшего использования его необходимо подвергнуть стандартному многостадийному дроблению и измельчению, что экономически не выгодно. Кроме того, указанный процесс предполагает добавление флюса при выгрузке горячего шлака из печи после слива металла для подавления горения шлака и выделения из него при горении вредных веществ.
Задачей изобретения является создание экономичного и технологичного способа обработки отвального солевого шлака для дальнейшей переработки и применения.
Техническим результатом изобретения является упрощение процесса измельчения солевого шлака, образующегося при переплаве вторичных отходов алюминия и его сплавов, снижение энергозатрат на его измельчение и повышение экологичности процесса.
Технический результат достигается способом обработки отвального солевого шлака при переплаве вторичных алюминиевых отходов в роторной печи, включающем загрузку в печь после слива алюминия на поверхность горячего солевого отвального шлака, находящегося в печи, охлажденного солевого отвального шлака в объеме 20-30% от расчетного объема отвала в печи, перемешивание холодного и горячего шлака при вращении печи в течение 1-2 мин и выгрузку шлака в емкость.
Сущность изобретения заключается в следующем.
Предлагаемый способ подразумевает дробление отвального солевого шлака металлургического производства алюминия из лома и отходов на конечном этапе плавки в роторной наклонной печи по окончании слива расплавленного алюминия.
После выгрузки в емкости для хранения горячего отвального шлака при остывании материал спекается, образуя куски размером и формой повторяющие полости емкости для хранения. Для обеспечения получения мелкого куска отвального шлака фракции 50 мм и менее сразу по окончании слива расплавленного алюминия до выгрузки отвала из печи, во внутреннее пространство печи на поверхность горячего отвала вводится охлажденный отвальный шлак в объеме 20-30% от расчетного объема отвала в печи. В печь вводится измельченный и охлажденный отвальный шлак предыдущих плавок. В печи производится смешение холодного и горячего отвала при ее вращении, время перемешивания 1-2 минуты, после чего материал выгружается в емкости для хранения. В процессе смешения происходит разделение объема горячего материала холодным и снижение температуры отвального шлака в печи на 100-150°С. Короткое время нахождения охлажденного материала в печи не оказывает существенного влияния на процесс плавки в целом, влияние на температуру рабочего пространства печи также минимально. В результате проведения такой обработки из печи выгружается охлажденный материал, который не спекается в емкости для хранения и не образует крупных кусков. Таким образом, исключается операция многостадийного дробления шлака, исключается необходимость использования дробильных установок, транспортировки шлака между дробильными установками и, как следствие упрощается технологический процесс измельчения и повышается его экономичность. Кроме того, при выгрузке шлака не требуется добавление флюса для подавления процесса горения шлака и устранения выброса в атмосферу вредных веществ, так как шлак выгружается из печи при температуре ниже температуры его горения, что повышает экономичность и экологичность процесса.
Введение охлажденного горячего шлака в количестве менее 20% от объема горячего отвала шлака в печи недостаточно для охлаждения горячего шлака, что приводит к комкованию и образованию крупных кусков. Увеличение объема охлажденного шлака выше 30% не рационально, так как резко снижается температура печи и возникает необходимость ее подогрева, что увеличивает энергозатраты. Перемешивание горячего и холодного шлака в течение времени менее 1 мин недостаточно, поскольку за это время шлак не успевает равномерно охладиться, остаются области с высокой температурой, что приводит к образованию в шлаке крупных спеченных конгломератов. При перемешивании более 2 мин смесь горячего и холодного шлака нагревается до температуры печи, что приводит при выгрузке шлака из печи к комкованию, а также к возможности его возгорания и выделения в атмосферу вредных веществ.
Кроме того, применение данного способа обработки позволяет сохранить от окисления металлический алюминий, свободно извлекаемый при последующей сортировке отвала. Обычно выбираемый процент металлического алюминия из солевого отвального шлака переплава вторичных алюминиевых отходов в роторной наклонной печи составляет 3 мас.%. При применении данного способа за счет остужения материала сохраняется до 6 мас.%, тем самым повышается рентабельность процесса дальнейшей обработки за счет реализации большего объема металлического алюминия. Переработка некоторых видов солевых отвальных шлаков экономически целесообразна только при условии извлечения и последующей реализации металлического алюминия, при малом извлечении (большом проценте потерь на окисление) данные шлаки подлежат только утилизации (захоронению).
Таким образом, применение данного способа обработки способствует существенному уменьшению размера куска отвального шлака до размера 50 мм и менее непосредственно в процессе переработки вторичных отходов алюминия, что позволяет упростить процесс измельчения шлака для последующей переработки и получить экономию электроэнергии до 20-25%. Кроме того, данный способ позволяет существенно уменьшить время, необходимое для остывания отвального шлака после выгрузки и, как следствие, сократить размеры площадок для его хранения. При последующей его переработке существенно увеличивается извлечение металлического алюминия из солевого отвального шлака.