Физико-химическое исследование отходов алюминиевого производства и разработка технологии их переработки тема диссертации и автореферата по ВАК РФ 02.00.04, кандидат технических наук Абдуллоев, Муминджон Махмуджонович

• Абдуллоев, Муминджон Махмуджонович
• кандидат технических наук
• 2000

Оглавление диссертации кандидат технических наук Абдуллоев, Муминджон Махмуджонович

ВВЕДЕНИЕ

ГЛАВА I ОБЗОР ЛИТЕРАТУРЫ ПУТИ УТИЛИЗАЦИИ ОТХОДОВ ПРОИЗВОДСТВА

АЛЮМИНИЯ

1.1. Переработка жидких и твердых отходов производства алюминия 10 1.2 Применение сульфата натрия в производстве глинозема и криолита сухим щелочным методом.

Введение диссертации (часть автореферата) на тему «Физико-химическое исследование отходов алюминиевого производства и разработка технологии их переработки»

Актуальность проблемы. В период перехода суверенного Таджикистана к рыночной экономике необходим решительный поворот науки к нуждам производства. Особое значение в этом плане имеют разработки научных и технологических основ переработки и использования природного минерального сырья и промышленных отходов. Этот вопрос является особенно актуальным для Таджикского алюминиевого завода (ТадАЗа), одного из крупнейших в мире алюминиевых заводов, дальнейшее наращивание мощностей которого осложнено ростом цен на привозное сырье. Одним из путей решения этой проблемы является производство собственного сырья на основе местных минеральных ресурсов и отходов производства. В республике имеются крупные месторождения фтор-, и алюминийсодержащих руд, а на территории ТадАЗа складированы сотни тысяч тонн отходов содержащих: углерод, сульфат натрия, фторид натрия, глинозем и криолит, которые накапливаясь на складах твердых отходов и шламовых полях завода, занимают полезные площади и загрязняют окружающую среду.

Исследования состава и свойств отходов ТадАЗа и разработка технологий получения сырья для алюминиевого производства, на основе этих отходов и местных минеральных ресурсов, является весьма актуальной задачей.

Цель настоящей работы заключается в изучении состава и свойств промышленных отходов ТадАЗа, физико-химическом исследовании процессов, протекающих при их переработке с местными сырьевыми материалами и разработке на этой основе технологии получения сырья для производства алюминия и реагентов для газоочистных систем завода.

Научная новизна работы Изучены состав и свойства отходов производства алюминия, кинетика процесса конверсии сульфатов в карбонаты, химизм процессов, протекающих при совместной переработке промышленных отходов ТадАЗа с местным минеральным сырьем, а также влияние различных факторов (температуры, времени, состава и т.д.) на ход и полноту протекания этих процессов. Разработаны принципиальные технологические схемы переработки растворов шламовых полей и получения криолит-глиноземного концентрата из отходов алюминиевого производства и местных минеральных ресурсов.

Практическая значимость работы заключается в том, что предложенные способы переработки промышленных отходов и местных минеральных ресурсов позволят получить относительно дешевое сырье-криолит-глиноземную смесь для производства алюминия, повторно использовать десульфатизированные растворы шламовых полей и конвертированные в карбонаты сульфаты этих растворов в газоочистной системе завода, снизить себестоимость производимого металла и улучшить экологическую обстановку в регионе.

Основные положения, выносимые на защиту: результаты физико-химических исследований состава и свойств отходов производства алюминия и продуктов их переработки; результаты исследований по десульфатизации растворов шламовых полей, кинетике процесса конверсии сульфатов в карбонаты; результаты исследований по влиянию режима переработки на ход осуществления процессов: конверсии сульфатов в карбонаты, спекания шихты, выщелачивания спека, карбонизации алюминатно-фторидного раствора и термопрокалки криолит-гидраргиллитовой смеси; jS принципиальные технологические схемы переработки растворов шламовых полей и получения криолит-глиноземного концентрата из отходов алюминиевого производства и местных сырьевых материалов.

Публикации. По теме диссертации опубликованы 6 научных статей и три тезиса докладов.

Апробация работы. Результаты диссертационной работы доложены на: научно-теоретической конференции, посвященной 1100-летию, государства Саманидов (Душанбе, 1999 г.); научно-практической конференции, посвященной 40-летию химического факультета ТГНУ и 65-летию профессора Якубова X. М. (Душанбе, 1999 г.); Международном конгрессе. «Производство. Технология. Экология» (Москва, 2000); Международной научно-практической конференции, посвященной 10-летию Технологического университета Таджикистана (Душанбе, 2000 г.).

Структура и объем работы. Диссертационная работа состоит из введения, 4-х глав, заключения, выводов и списка использованной литературы.

Заключение диссертации по теме «Физическая химия», Абдуллоев, Муминджон Махмуджонович

выводы

1. Установлено, что при упаривании и дальнейшем охлаждении растворов шламовых полей Таджикского алюминиевого завода выпадает ледообразный осадок состава, % масс: 84-87 Na2S04; 10-12 NaF; 1,1-1,5 Иа2СОз; 1,5-2,0 NaHC03. Было доказано, что этот осадок состоит из двойной соли 3Na2S04 -NaF с примесями Ыа2СОз и NaHC03.

2. Определены оптимальные условия конверсии сульфата натрия из состава ледообразного осадка в карбонат натрия по методу Леблана. Установлено, что наличие фторида натрия в шихте снижают температуру протекания процесса конверсии.

3. Установлено, что в полулогарифмических координатах, зависимость степени конверсии от времени, в интервале температур 500 - 800°С, хорошо описывается уравнением первого порядка. Величина энергии активации, определенная из аррениусовской зависимости (66,96 кДж/моль) свидетельствует о протекании процесса конверсии в кинетической области.

4. Разработана принципиальная технологическая схеме переработки растворов шламовых полей, которая дает возможность использования в газоочистке завода десульфатизированных растворов шламовых полей и соды конвертируемой из ледообразного осадка.

5. Установлены оптимальные условия осуществления основных переделов спекательного способа совместного получения криолита и глинозема, с использованием в качестве натрийфторсодержащего реагента ледообразного осадка. 6. Разработана принципиальная технологическая схема получения криолит-глиноземного концентрата из промышленных отходов ТадАЗа (ледообразного осадка, угольной мелочи коксопрокалочного производства, «хвостов» флотации угольной пены) и местных * минеральных ресурсов (сиаллита Зиддинского месторождения и флюорита Такобского горнодобывающего комбината).

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

Учитывая географическое положение Таджикистана проблема развития собственной сырьевой базы, особенно для такого индустриального гиганта как ТадАЗ имеет особое экономическое значение. Наряду с этим, накопление огромного количества отходов производства алюминия под открытым небом на складах твердых отходов и шламовых полях ТадАЗа создают реальную угрозу окружающей среде. Утилизация этих отходов, в том числе совместная переработка с местными минеральными ресурсами, с целью получения сырья для производства алюминия, позволит не только снизить себестоимость производимого металла, повысить конкурентоспособность Таджикского алюминия на мировом рынке, но и улучшить экологическую обстановку в регионе.

Решение этих проблем, в основном, сдерживается недостаточной изученностью состава и свойств имеющихся отходов и отсутствием эффективных способов их комплексной переработки.

На основе проведенных физико-химических исследований была разработана технологическая схема десульфатизации растворов шламовых полей, и оптимальные условия осаждения из них ледообразного осадка.

Установлено, что ледообразный осадок состоит в основном из двойной соли 3Na2S04*NaF. На основе способа Леблана была разработана схема конверсии сульфата натрия, содержащегося в двойной соли в карбонат натрия.

Данная технологическая схема дает возможность использовать в газоочистной системе ТадАЗа и растворы шламовых полей после осаждения из них двойной соли, а иакже полученный в результате конверсии карбонат натрия.

На основе щелочного способа совместного получения криолита и глинозема с заменой соды на сульфат натрия была разработана технологическая схема получения криолит-глиноземного концентрата из ледообразного осадка, флюорита Такобского ГОКа, каолинитов Зиддинского месторождения. В качестве восстановителя использовались угольная мелочь уоксопрокалочного производства ТадАЗа и «хвосты» флотации угольной электролитной пены алюминиевого производства.

S6

Список литературы диссертационного исследования кандидат технических наук Абдуллоев, Муминджон Махмуджонович, 2000 год

1. Отчет ИФ ВАМИ по теме № 5-71-351 «Разработка и внедрение схемы очистки сточных вод обогатительных фабрик цветной металлургии с утилизацией ценных веществ и использование пищевых стоков в оборотном водоснабжении » № госрегистрации 71065664, 1975 с. 116.

2. Морозова В. А., Ржецкий Э. Н., Клименко В. П. Растворимость в системе NaF Na2S04-Na2C03-H20 //Цветные металлы, 1973, № 9, с. 28-32.

3. Патент США № 2231305, кл. 16-94, 1967.

4. А. С. 1129270 (СССР). Способ переработки отходов алюминиевого производства. //Бурнакин В. В., Заливной В. И. и др 15.12.84, Б. И, № 46.

5. А. С. 1399374 (СССР). Способ переработки фторсодержащих отходов алюминиевого производства. //Ржецицкий Э. П., Павлова П. М. и др. -30.05.88, Б. И, №20.

6. А. С. 1414881 (СССР). Способ переработки отходов алюминиевого производства. Бурнакин В. В., Заливной В. И. и др. - 07.08.88, Б. И. № 29.

7. А. С. 199126 (СССР), способ получения моногидрата соды. //Рухман В. Е., Белозуб С. И., Богданова Т. А. 13.07.87, Б. И, № 14.

8. А.С. 461900 (СССР), кл. с 01 F/14, 27.12.71.

9. А. С. 647252 (СССР). Способ выделения содовых осадков из алюминатных растворов глиноземного производства. //Токарев Г. В., Гончаров В. К. и др. 15.02.79, Б. И, № 6.

10. А.С. 865202 (СССР). Способ выделения содовых осадков из алюминатных растворов глиноземного производства. //Ни JI. Н., Гольдман М. М, и др. -23.09.81, Б. И. №35.

11. Максин В.И., Шевченко В. Ф., Прохоренко Н. И., Кристализация сульфата натрия из рассолов образующихся после опреснения шахтных вод, // «Химия и технология воды», 1979 № 2, с. 66-69.

12. А. С. 396308 (СССР). Способ получения карбонатов щелочных металлов. // Владимиров П. С., Насыров Г. 3. 29.08.73, Б. И. № 36.

13. Привалов А. М., Ниссе JI. С., Райзман В. Л., Розен Я. В. Подготовка к утилизации солевых растворов алюминиевого производства. //Цветная металлургия, 1987, № 6, с. 48-51.

14. Патент № 2068452 (Россия). Способ переработки отходов шламового производства алюминия. Гатина Р. Ф., Башилова Л. С., Мирсаидов У., Сафиев X. С.

15. Патент № TJ 147 (Республика Таджикистан). Способ переработки отходов производства алюминия. //Сафиев X. С., Мирсаидов У. М. и др. Опубл. Б. И. №2, 1997.

16. Фурман А. А., Шрайбман С. С. Приготовление и очистка рассола //М.: Химия 1996, 245 с.я?17.3локазова Т. М., Золотарева М. Г. и лр. Авт. свид. № 196745. Изобр.,sпром. образцы и товары, знаки, 1967, № 12, с.68. , •

17. Морозова В. А., Ржецицкий Э. П. Осаждение сульфатных соеденений при концентрировании растворов и газоочистки алюминиевых заводов. // Цветные металлы, 1975, № 6, с. 42-44.

18. Беляев А. Н. Металлургия легких металлов. М.: Металлургиздат, 1962, 442 с.

19. Жулин Н. В., Комлев А. А., Федоров В. А. Разложение бикарбоната натрия в растворах газоочистки алюминиевого производства. //Цветные металлы, 1973, № 4 , с. 40-42.

20. Лохова Н. Г., Никольская М. Г., Евсеев Ю. Н. Исследование условий извлечения фтора и алюминия из шламов электролитного производства алюминия и щелочной раствор. //Комплексное использование минерального сырья, 1994, № 2, с. 90-93.

21. Ни. Л. П., Райзман В. Л. Комбинированные способы переработки низкокачественного алюминиевого сырья. //Алма-Аты : Наука, 1988, 256 с.

22. Ситтиг М. Извлечение металлов и неорганических соединений из отходов. -М.: 1985, с. 408.

23. Истомин С.П., Мясникова С.Г. Исследование флотационного способа получения криолита. Цветные металлы, 1999г., № 3 \

24. Дубчак Р. В. Переработка отходов алюминиевой промышленности за рубежом. М.: Цветметинформация.

25. Лазарев В. Д., Янко Э. А. Кочержинская В. Ф. Исследование свойств анодной массы с добавками хвостов флотации угольной пены. //Цветные металлы, 1985, № 9, с. 39-42.

26. ЗО.Баевский В. А., Карабельникова Л. Л. Содоалюминиевый способ отчистки газов при электролитическом производстве алюминия. //Цветные металлы, 1977, № 3, с. 29-32

27. ЗКДубчак Р. Б. Переработка угольной футеровки алюминиевых электролизеров путем обжига в кипящем слое. //Цветная металлургия. Бюлл. Института цветметинформации. 1978, № 10, с. 40-42.

28. Галков А. С., Клименко В. П., Истомин С. П. Новые направления получения фтористых солей для алюминиевой промышленности. Серия: Производство легких металлов и электродной продукции, обзорная информация, М.: 1978, с. 19-20.

29. Соколов Е. С., Зинченко 3. А., Мирзоев М., Сафиев X., Азизов Б. С. пути утилизации отходов проихзводства алюминия. //Дкл. АН респ. Тадж., 1996, т. 39, № 1-2, с. 30-34.

30. Белякова Г. А., Подкопаев Н. Б., Климентова В. П. Исследование процесса флотации угольной пены алюминиевых электролизеров, 1976 г., № 15, стр. 35-36

31. Сафиев X. С., Мирсаидов У. Разработка технологии утилизации отходов проиводства алюминия. //Научная конференция, посвященнаяч памяти академика Нуманова И. Н. Тез. докладов, Душанбе, 1994, с. 15.

32. Отчет экспериментального завода института АН РТ под темы: Разработка технологии Утилизации отходов производства алюминия. Душанбе, 1994 г., с. 15.

33. Belgord W.D. Recycling of potlining in the primary aluminum industry. "Opportunities for technological improvements", Proc/ sixth mineral Wastes Utilization Symposium, Chicago, 1978.

34. Spironello V. R., Shaah J. D. An evolution of used aluminum smelter poltlinig as a substitute for fluarsdrar in basic oxygen stellmaking. US BuMines RI 8699, 1981.

35. Spironello V. R., Nafziger R. H. An evolution of used aluminum smelter poltlinig as a substitute for fluarsdrar in basic oxygen stellmaking. US BuMines RI 8630, 1981.

36. Broocs D. G. et al. Terminal treadment of spent potliner in a rotary kiln.- Light Metals, 1992, p. 283

37. Felling G., Wedd P. Metals company utilization of used aluminum smelter potlining.- Light Metal Age, 1985, v. 53 # 7-8, p. 40-43.

38. Ушаков Ю. А., Финкелынтейн JI. И., Долгирев К. И. Использование фторсодержащих отходов при производстве глинозема. //Цветные металлы, 1978, № 2, с. 28-29.

39. Сафиев X., Мирзоев Б. Использование фторсодержащих отходов при переработке сиенитов // IX всесоюзный симпозиум по1 химии при переработке сиенитовнеорганических фторидов. Тезисы докладов М. 1990. С. 291

40. Duogel S. В., Monhemmits A. Y., Boders P. S. Aluminum production from colliery. Extraction Metallurgy 85, Metallurgical Society of AIME, 1985. p. 144-167.

41. Чернышева H. К., Маслова Jl. А., Клименко В. П. К вопросу об утилизации фторсодержащих отходов алюминиевых заводов. Бюлл. Цветная металлургия, 1983, № 23, с. 46-47.

42. Карнаухов Е. Н., Бутолин А. В., Дорофеев В. В. Влияние вторичного фторсодержащего сырья на физико-химические свойства электролита для получения алюминия. //Цветные металлы, 1990, № 2, с. 58-60.

43. Мокрецкий Н. П., Клименко В. П. и др. Промышленные испытания добавок технического фторида натрия при получении криолита из демонтированной угольной фетровки алюминиевых электролизеров. //Цветные металлы, 1984, № 8, с. 52-53.

44. Еруменец А. А., Головных Н. В. и др. Механизм взаимодействия натрий-алюминиевых фторидов с соединениями серы и углерода при утилизации отходов. //Цветные металлы, 1992, № 2, с. 34-35.1. УХ

45. Дорофеев В. В., Истомин С. П. и др. Исследование твердофазного взаимодействия с соеденениями натрия. //ЖПХ, 1984, т. 51, № 10, с.2190-2200.

46. Касымов А. С., Абишева 3. С., Жаназаров С. К. и др. Физико-химические исследования продуктов переработки пыли алюминиевого производства методом сульфатизации. //Комплексное использование минерального саырья, 1994, № 1, с. 59-64.

47. Галкин Н. П., Зайцев В. М., Серегин М. В. Улавливание и переработка фторсодержащих газов. М., 1975, с. 230.

48. Заявка № 60-58170 Япония. Способ извлечения алюминия. Заявл. 1982, опубл. 1985.

49. Основы металлургии. От. ред. Н. С. Грейвер и др. М., 1961, т. 1, 780 е., 1987, т. 4, 652 с.

50. Гузь С. Ю., Барановская Р. Г. Производство криолита, фтористого алюминия и фтористого натрия. М., 1964, 238 с.

51. Абишева 3. С., Жанозаров С. К., Адамова А. Ж. Исследование возможностей извлечения галлия из пыли электролиза алюминия.

52. Сообщение 2. Выщелачивание пыли и электролиза алюминия соляной кислотой. В сб. Гидрометаллургия цветных и редких металлов. Алма-Аты, 1997, с. 103-108.

53. Лайнер А. И. Производство глинозема. Маталлургиздат, 1961, 619 с.

54. Ни. Л. П., В.Л. Райзман, О. Б. Халяпина. Производство глинозема: справочное изд., Алма-Аты, Институт металлургии и обогащения МН-АГГРК.

55. Беляев А. И. Металлургия легких металлов. Изд. «Металлургия», 1970, Большое издание, 368 с.

56. Фишков, Я. А., Шаргородский С. Д. Журнал химической промышленности, № 7 , 1937s?

57. Мхиторьян H. К., Назухин В. А. Восстановительный обжиг смеси сульфатов алюминия и натрия с получением растворимого в воде алюмината. //Цветные металлы, №11, 1957

58. Мхиторьян Н. К., Назухин В. А. Сборник научных трудов. МИЦ и 3, № 26, Металлургиздат, 1957

59. Пеняков Д. А. Способ непрерывного производства алюмината натрия, Российский патент 22339 от 1912

60. Норвежская алюминиевая компания. Германский патент 332389 от 1922.

61. Behnke. Германский патент 7256 от 1811 г.

62. Fleiseher. Германский патент 62265 от 1811 г.

63. Ильинский В. Н., Сагайдачный А. Ф., И. Г. Матвеев. Получение окиси алюминия из тихвинских бокситов по комбинированному методу. Труды ГИПХ, № 16, 1932

64. Стропов Ф. Н. Труды ВАМИ, № 20, Металлургиздат, 1940.

65. Пришбл Р. Комплексоны в химическом анализе. М.: ИЛ, 1980, 480 с.

66. Бабко А. К., Пятницкий И. В. Количественный анализ. Высшая школа, 1962, 607 с.

67. Азарев Л., Бургер М. Метод порошка в рентгенографии. м., ИЛ, 1961, 361 с.

68. Ковба Л. М., Трунов В. Н. Рентгенофазовый анализ. М.: Изд МГУ, 1969, 160 с.ж

69. Гиллер Я. J1. Таблицы межплоскостных расстояний. Том 2. М.: Недра, 1969, с. 95-153.

70. Михеев В. И. Рентгенометрический определитель минералов. М.: Госгеолтехиздат, 1957, 867 с.

71. Берг Л. Г., Николаев А. В., Роде Т. Я. Термография. Л-М.: изд. АН СССР, 1976.

72. Берг Л.Г., Бурмистрова Н. Г., Озерова М. И., Нуринов Г.Г. практическое руковдство по термографии. Казань: Наука, 1967, 526 с.

73. Цветков А. И., Вальяшизина Е. Н., Нижеян Н. О. Дифференциальный термический анализ карбонатных минералов. М.: Наука, 1964, 107 с.

74. Климов Б. К. Приложение физико-химического анализа и термографического исследования к изучению углей. В сб. «Химия и генезис твердых горючих ископаемых». М.: Изд АН СССР, 1973, с. 236246.

75. Монойлов К. Е., Смирнов М. С. Изучение основных реакций и взаимодействий, возникающих при получении фтористого натрия и криолита щелочным путем, Труды ВАМИ, № 20, Металлургиздат, 1940 г. 109 с.

76. Лабутин Г. В., Иванов Н. А., Морозов Г. С. Совместное производство криолита и глинозема. Труды ВАМИ, № 20, Металлургиздат 1940 г. 88 с.

77. Кузьмина Г. В., Е. И. Хазанов исследование фазового состава продуктов спекания смеси каолинит-нефелин-сода-известняк. Химия и технология глинозема. 1971 г. 473 с.