Физико-химические и технологические основы переработки золы углей Таджикистана с отходами производства алюминия

ДОКЛАДЫ АКАДЕМИИ НАУК РЕСПУБЛИКИ ТАДЖИКИСТАН _2018, том 61, №1_

ФИЗИЧЕСКАЯ ХИМИЯ

УДК 669.054:669.071

Х.Р.Курбонова, А.Х.Сафиев , Р.С.Рафиев, Д.Р.Рузиев, академик АН Республики Таджикистан Х.Сафиев

ФИЗИКО-ХИМИЧЕСКИЕ И ТЕХНОЛОГИЧЕСКИЕ ОСНОВЫ ПЕРЕРАБОТКИ ЗОЛЫ УГЛЕЙ ТАДЖИКИСТАНА С ОТХОДАМИ ПРОИЗВОДСТВА АЛЮМИНИЯ

Таджикский национальный университет,

Государственное учреждение «Научно-исследовательский институт металлургии»

ГУП «ТАлКо»

В работе приведены результаты исследования совместной переработки золы углей Таджикистана с компонентами отходов шламовых полей алюминиевого производства спекательным способом. Установлен режим спекания шихты с получением криолит-глинозёмного концентрата и глинозёма, который может быть использован в качестве дополнительного сырья в производстве алюминия; показано, что данный технологический процесс является экологически и экономически целесообразным.

Ключевые слова: производство алюминия, глинозём, зола углей, золошлак, криолит-глинозёмный концентрат.

В настоящее время эффективность работы всех отраслей промышленности необходимо оценивать с точки зрения баланса между массой основного продукта и объемом образуемых техногенных отходов. Наиболее неблагополучными в этом плане являются предприятия топливно-энергетического комплекса, а именно тепловые электрические станции, являющиеся источниками массированных атмосферных выбросов и крупнотоннажных твердых золоотвалов, где они складируются и хранятся на открытом воздухе [1,2].

С точки зрения рационального природопользования золошлаковые материалы представляют собой добытое из недр земли, перемещенное на другую территорию и недоиспользованное сырье, способное обеспечить многие нужды промышленности.

Кислотная и щелочная переработка золошлаковых материалов представляется малоэффективной ввиду стойкости содержащихся в их составе минералов кварца и муллита к химическому воздействию. Преодолеть эту трудность позволяет применение фторидной технологии, так как фторсо-держащие соединения имеют высокую реакционную способность [3,4].

Исходя из содержания глинозёма в золе углей Таджикистана, актуальной задачей является их совместная переработка спекательным способом с фтор-, глинозёмсодержащими отходами производства алюминия с получением криолит-глинозёмного концентрата и других востребованных сырьевых компонентов. Составы исходных компонентов представлены в табл. 1.

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

Основными факторами, влияющими на степень извлечения глинозема спекательным способом, являются: соотношение компонентов шихты, температура и продолжительность процесса, а также условия выщелачивания полученного спёка.

В настоящей работе изучена зависимость степени извлечения глинозёма от соотношения компонентов шихты, результаты исследований представлены в табл. 2.

Таблица 1

Химический состав сырьевых материалов для получения глинозёма

Содержание основных компонентов, мас.%

Исходное сырьё 2 О Й 3 О < 3 О сч <и Рч 9 о MgO о £ ъ 4 О т е? £ о о У £ £ + Рч < 3 сЗ £

Зола углей и о о ю .0 .0 СП .0 .8 .0 .2 .0

золошлаки о о «л .0 .0 2 .0 .2 .0 .5 0.

Шлам газоочистки 0.8-1.0 8.0-12.0 0.5-1.2 1 1 15.0-24.0 3.1-5.0 5.0-14.0 4.0-10.0 15.0-26.0

Буркеит 5. о .0 .0 5.

(2Na2SO4•Na2COз), .2 .4 00

Шайрерит (Na2SO4•NaF) го .0 о .0 о .5 р .3

Таблица 2

Зависимость степени извлечения глинозёма от соотношения компонентов шихты

№ Массовое соотношение компонентов, г Степень извлечения глинозема, %

Зола углей Шлам газоочистки алюминиевого производства Шайрерит

1 0.8 4.0 2.5 37.8

2 0.9 4.0 2.5 67.3

3 1.0 4.0 2.5 79.2

4 1.1 4.0 2.5 84.6

5 1.2 4.0 2.5 76.9

6 4.0 1.0 36.7

7 4.0 1.5 63.9

8 4.0 2.0 78.3

9 4.0 3.0 83.7

10 2.0 2.5 48.6

11 3.0 2.5 74.5

12 5.0 2.5 81.3

13 6.0 2.5 74.8

Как видно из табл. 2, оптимальное соотношение масс исходных материалов в шихте составляет:

m :m :m . = 1.1:4.0:2.5,

золы шлам шаирерит, '

буркеит

при этом степень извлечения глинозёма достигает 84.6%.

Для определения оптимального режима спекания шихты проводилось исследование влияния температуры и продолжительности процесса на степень извлечения глинозема (табл. 3).

Таблица 3

Зависимость степени извлечения глинозёма от температуры и продолжительности процесса

V золы шлам шайрерит, '

буркеит

№ Температура спекания, °С Продолжительность процесса, мин. Степень извлечения глинозёма, %

1 650 120 41.3

2 700 120 49.5

3 750 120 58.4

4 800 120 64.1

5 850 120 77.8

6 900 120 84.8

7 950 120 76.5

8 900 60 53.8

9 900 90 72.8

10 900 150 76.2

Как видно из табл. 3, максимальная степень извлечения глинозёма (84.8%) достигается при 900°С и продолжительности спекания 120 мин.

При температуре процесса свыше 900°С происходит снижение выхода А1203, что объясняется наличием фтористых солей в составе шлама газоочистки, которые при спекании образуют легковоз-гоняемый (летучий) фтористый алюминий.

Низкая степень извлечения глинозёма при продолжительности процесса спекания более 120 мин. (табл. 3) объясняется, на наш взгляд, образованием, наряду с другими компонентами, гидроалюмосиликата натрия из алюмосиликатсодержащих компонентов золы углей.

Спёк, полученный при оптимальных условиях, дробился до размера частиц 0.1-0.5 мм и подвергался выщелачиванию раствором №ОН. Очевидно, что степень извлечения компонентов, в том числе и глинозёма, из состава спёка зависит от его физико-химических свойств и условий выщелачивания.

Исследовано влияние температуры в интервале от 60 до 95°С на выщелачивание спёка (табл. 4), при этом с повышением температуры степень извлечения А1203 соответственно увеличивалась с 46.8 до 84.2%.

Таблица 4

Зависимость степени извлечения глинозёма от температуры и продолжительности процесса

№ Температура выщелачивания, °С Продолжительность процесса, мин. Степень извлечения глинозема, %

1 30 120 46.8

2 50 120 71.2

3 70 120 79.3

4 90 120 84.2

5 90 30 28.7

6 90 60 54.2

7 90 90 72.9

8 90 150 63.7

Результаты влияния продолжительности выщелачивания спёка приведены в табл. 4, при этом неизменными факторами процесса являлись: температура - 95°С; концентрация КаОИ - 100 г/л и размер частиц - до 0.2 мм. С увеличением продолжительности выщелачивания спёка до 120 мин. степень извлечения глинозёма возрастает до 84.2%, а затем снижается вследствие взаимодействия силиката натрия с другими компонентами, труднорастворимыми в щелочи.

Результаты исследования влияния концентрации раствора КаОИ и соотношения Ж:Т в пульпе на степень извлечения глинозёма представлены в табл. 5.

Таблица 5

Зависимость степени извлечения глинозёма от концентрации щелочи и соотношения Ж:Т

№ Концентрация щелочи, г/л Соотношение Ж:Т Степень извлечения глинозема, %

1 40 1 4 47.6

2 60 1 4 65.6

3 80 1 4 77.3

4 100 1 4 84.7

5 120 1 4 82.3

6 100 1 1 48.5

7 100 1 2 67.9

8 100 1 3 77.2

9 100 1 5 82.6

Как видно из табл. 5, максимальная степень извлечения глинозёма (84.7%) достигается при концентрации №ОИ, равной 100 г/л, и отношении Ж:Т = 4:1.

Наиболее благоприятными составляющими режима осуществления процесса являются: концентрация раствора КаОИ - 100 г/л; температура - 90°С; Ж:Т=4:1 и продолжительность - 120 минут. При этом степень извлечения А1203 достигает 84.7%.

С целью установления изменений в составе материалов и сущности процессов, протекающих при спекании шихты, был проведён рентгенофазовый анализ шихты, спека и твёрдого остатка после выщелачивания (рис.).

На штрихрентгенограмме шихты проявляются линии минералов: каолинита, кварца, криолита, глинозёма, буркеита, шайрерита и гётита (рис.а). На штрихрентгенограмме спёка чётко проявляются линии алюмината натрия (№20Л1203) и виллиомита что подтверждает протекание твердофазных реакций с образованием алюминатно-фторидного спёка (рис.б).

На штрихрентгенограмме твёрдого остатка (рис.в) после выщелачивания не проявляются линии алюмината натрия и виллиомита, что свидетельствует о полноте протекания реакции при выщелачивании алюминатно-фторидного спёка.

Результаты проведённых исследований показали, что из золы углей Таджикистана с использованием отходов шламовых полей алюминиевого производства спекательным способом можно получить криолит-глинозёмный концентрат, который может быть использован в качестве дополнительного сырья в производстве алюминия, при этом разработанная технологическая схема переработки является экологически и экономически целесообразной.

38

Рис. Штрихрентгенограммы: а) шихты; б) спёка, полученного при оптимальных условиях и в) твёрдого остатка

после выщелачивания

1 - каолинит (Л12(0Н)4^205); 2 - кварц ^Ю2); 3 - криолит (№3Л1Б6); 4 - глинозём (Л1203); 5 - буркеит (2№^04№2С03); 6 - шайрерит (№^04№Б); 7 - гётит (НБе02); 8 - алюминат натрия (№20Л1203); 9 - виллиомит ^аБ).

Поступило 30.10.2017 г.

ЛИТЕРАТУРА

1. Адеева Л.Н., Борбат В.Ф. Зола ТЭЦ - перспективное сырьё для промышленности. - Вестник Омского государственного университета им. Ф.М.Достоевского, 2009, № 2. с. 141-151.

2. Семенова И.В., Хорошилов А.В., Никитин В.В. Распределение тяжёлых металлов, содержащихся в твёрдом топливе, в отходах ТЭС. - Известия Академии промышленной экологии, 2001, № 1, с. 82-84.

3. Мирсаидов У., Сафиев Х.С., Азизов Б.С., Рузиев Д.Р., Лангариева Д. Технологические основы получения криолит-глиноземного концентрата из местных сырьевых материалов и отходов производства алюминия. - Сб. тр. Межд.науч.-практ. конф. «Производство. Технология. Экология». -М., 2001, с.760.

4. Арлюк Б.И. Интенсификация процессов спёкообразования нефелиновых шихт введением фтористых добавок. - Тр. ВАМИ, 1966, №57, с.7-10.

^.Р.Курбонова, АД.Сафиев*, Р.С.Рафиев, Ч-РРузиев, ^.Сафиев* АСОСХ,ОИ ФИЗИКАВИЮ ХИМИЯВЙ ВА ТЕХНОЛОГИИ КОРКАРДИ ХОКИСТАРИ АНГИШТИ ТОЧИКИСТОН БО ПАРТОВ^ОИ ИСТЕХСОЛИ

АЛЮМИНИЙ

Донишго^и миллии Тоцикистон, *Муассисаи давлатии «Пажух,ишгох,и илмию та^кцкртии металлургия»-и КВД «Ширкати Алюминийи Тоцик»

Дар мадолаи мазкур натичахои тахкидотхои коркарди якчояи хокистари ангишти Точикистон ва партовхои майдони шлами истехсоли алюминий бо усули пухтан оварда шудааст. Шароитхои пухтани омехта бо мадсади хосилкунии консентрати криолиту гилхок ва гилхок мударрар карда шудааст ва истифодаи он ба сифати ашёи хоми иловагй дар истехсоли алюминий имконпазир мебошад, инчунин истифодаи технологияи мазкур аз чихати экологй ва идтисодй фоидаи калон ба даст меорад.

Калима^ои калиди: истехсоли алюминий, гилхок, хокистари ангишт, хокистардажгол, консентрати криолиту гилхокдор.

H.R.Qurbonova, A.H.Safiev*, R.S.Rafiev, J.R.Ruziev, H.Safiev* PHYSIC-CHEMICAL AND TECNOLOGICAL BASICS OF PROCESSING COAL ASH WASTE ALUMINUM FROM TAJIKISTAN

Tajik National University, *State Institution «Scientific-research institute of Metallurgy» SUE «TALCO»

In this paper the results of a study in co-processing of coal ash Tajikistan with the components of the waste slurry field of alumina production specialnim way are presents. Sintering blend mode is set to receive cryolite alumina concentrate and alumina which can be used as a secondary raw material in the production of aluminum also the technological processes is an environmental and economic walsoorden. Key words: the production of aluminum, glinazym, ash coals, bottom ash waste, cryolite-glinazym concentrate.