Не отобразилась форма расчета стоимости? Переходи по ссылке

Не отобразилась форма расчета стоимости? Переходи по ссылке

Автореферат на тему «Технология получения фтористых солей из огнеупорных материалов электролитического получения алюминия»

Общая характеристика работы. Актуальность работы. Основным промышленным способом производства первичного алюминия является электролиз криолит-глиноземных расплавов (способ Эру-Холла). Одним из недостатков данной технологии является образование большого количества техногенных продуктов. В настоящее время основным видом твердого техногенного сырья при производстве алюминия являются материалы капитального ремонта электролизеров – отработанная футеровка (ОФ).

Помощь в написании автореферата

Ежегодно в России образуется около 130 тыс. т. футеровки демонтированных электролизеров, которая хранится на открытых полигонах, взаимодействует с водой и воздухом, образуя щелочные фторсодержащие растворы и другие токсичные соединения, в связи с чем данный вид техногенного сырья является отходом 4 класса опасности.

Отработанная футеровка делится на две части:

  • углеродсодержащую;
  • огнеупорную (теплоизоляционную).

Огнеупорная часть, составляющая более 30 % от общей массы ОФ, имеет в своем составе шамотные и диатомитовые кирпичи, которые в процессе электролиза насыщаются фтористыми солями из электролита, проникающего через поры и трещины угольных подовых блоков.

Огнеупорная часть ОФ в основном складируется в специально оборудованных отвалах, содержание фтора в ней составляет от 7 до 15 %. Существующие методы его регенерации из углеродной части ОФ неприменимы к огнеупорной из-за высокого содержания кремнезема в последней.

До настоящего времени не разработано эффективной технологии переработки огнеупорных материалов, позволяющей регенерировать из них фтор с получением фтористых солей, отвечающих требованиям электролитического получения алюминия. В связи с этим разработка технологии переработки огнеупорных материалов капитального ремонта электролизеров с целью извлечения фторсодержащих соединений для возврата их в процесс электролиза криолитглиноземных расплавов является актуальной задачей.

Исследования выполнялись по НИР на основании соглашения с Министерством образования Российской Федерации о предоставлении субсидии № 14.577.21.0190 (2015-2017 гг).

Цель работы — разработка технологии переработки огнеупорных фторсодержащих материалов капитального ремонта электролизеров с целью извлечения фтористых солей для возврата их в процесс электролиза криолит-глиноземных расплавов.

Задачи работы:

  1. Проведение аналитического обзора существующих зарубежных и отечественных методов переработки отработанной футеровки электролизеров.
  2. Исследование химического состава и свойств образцов фторсодержащих огнеупорных материалов капитального ремонта электролизеров (на примере предприятий ОК «РУСАЛ»).
  3. Теоретическое обоснование способа переработки огнеупорной части ОФ на основе перевода водорастворимых соединений фтора в раствор.
  4. Изучение влияния основных параметров выщелачивания на извлечение фторсодержащих соединений из огнеупорной части ОФ.
  5. Исследование поведения кремнезема при гидрометаллургической переработке отработанной огнеупорной футеровки и определение условий протекания процесса, способствующих его выводу из раствора.
  6. Определение возможности использования при переработке ОФ в качестве растворителя шламовых вод и растворов газоочистки производства первичного алюминия с целью организации замкнутого водооборота на предприятии и получения дополнительного количества фторсолей для их использования в процессе электролиза.
  7. Исследование возможности получения криолита из растворов фторида натрия, полученных при гидрометаллургической переработке огнеупорной ОФ.
  8. Оценка возможности использования кеков выщелачивания в производстве цемента;
  9. Проведение апробации предложенной технологии получения криолита из растворов переработки огнеупорной части ОФ в промышленных условиях.
  10. Оценка эффективности разработанной технологии переработки фторсодержащих огнеупорных материалов капитального ремонта электролизеров.

Методы исследования. В работе были использованы современные методы химического, рентгенофлуоресцентного (РФА), рентгеноспектрального (РСА), рентгеноструктурного анализов, сканирующей электронной микроскопии (СЭМ). Химический анализ выполнялся методом классического количественного анализа, также применялись потенциометрический, фотоколориметрический и спектрометрический методы анализа, которые проводились по аттестованным методикам. При проведении экспериментов использовалось современное и апробированное оборудование.

В ходе исследовательских работ использовались математические методы аналитической и графоаналитической обработки полученных данных. Для статистической обработки результатов экспериментов использовались современные методы статистического и математического анализов.

Достоверность и обоснованность полученных результатов подтверждаются использованием современных методов экспериментального исследования; сходимостью теоретических расчетов с практическими результатами; совпадением результатов лабораторных исследований с опытно-промышленными испытаниями.

Научная новизна

Теоретически обоснована и экспериментально подтверждена возможность селективного извлечения фторида натрия из огнеупорных материалов капитального ремонта электролизеров при их гидрометаллургической переработке.

Получена математическая зависимость концентрации фторида натрия в растворе от температуры и продолжительности гидрометаллургической переработки огнеупорных материалов.

Определены условия минимизации перехода кремнезема в раствор выщелачивания и параметры (продолжительность и температура) его осаждения в виде малорастворимого гидроалюмосиликата натрия.

Практическая значимость

Предложена технология гидрометаллургической переработки огнеупорных фторсодержащих техногенных материалов капитального ремонта электро-лизеров, позволяющая извлекать из них до 70 % мас. фтора в раствор, пригодный для последующего осаждения криолита, используемого в процессе электролиза (патент РФ на изобретение № 2643675). При соблюдении оптимальных условий выщелачивания – температуре 60-80°С и продолжительности 120 мин – извлечение NaF составило в среднем 95 %.

При ведении процесса выщелачивания продолжительностью не менее 360 мин, температуре 60-80 °С и
рН = 8-10,5 остаточная концентрация кремнезема в растворе составила менее 0,18 г/дм3, что позволяет данные растворы использовать для получения криолита по существующей на предприятиях технологической схеме получения регенерационного криолита.

Нужна помощь в написании автореферата?

Мы - биржа профессиональных авторов (преподавателей и доцентов вузов). Наша система гарантирует сдачу работы к сроку без плагиата. Правки вносим бесплатно.

Подробнее

В качестве растворителя при гидрометаллургической переработке огнеупорной части ОФ предложено использовать воды со шламовых полей и растворы газоочистки, содержащие сульфат, карбонат, бикарбонат и фторид натрия, что позволяет извлечь дополнительное количество фтора (~ 250 кг на 1 т регенерационного криолита) и организовать замкнутый водооборот на предприятии.

Проведенные опытно-промышленные испытания в ПАО «РУСАЛ Красноярск» подтвердили возможность использования предлагаемой технологии гидрометаллургической переработки огнеупорной части ОФ с использованием существующего оборудования участка производства фтористых солей и пылеулавливания (ПФС и ПУ) предприятия и получением криолита из растворов с содержанием кремнезема, отвечающего требованиям ГОСТ 10561-80, и качеством, аналогичным качеству вторичного регенерационного криолита, получаемого на алюминиевых заводах в соответствии с ТУ 45-5-130-85.

Предложен способ снижения КО регенерационного криолита (до 1,7-1,8) путем обработки его раствором сульфата алюминия при температуре 60-80 °С в течение 20-120 мин при рН = 2-4 с получением низкомодульного криолита (патент РФ на изобретение № 2667447) и раствора с содержанием SiO2 менее 0,1 г/дм3.

Предложено использовать кек выщелачивания, содержащий остаточное количество фтора в виде CaF2, в качестве минерализатора в производстве цемента.

При реализации разработанной технологии возможно повышение экономической эффективности производства первичного алюминия за счет регенерации криолита (~ 1,8 тыс. т/год), получения дополнительного количества кальцинированной соды (~ 2,1 тыс. т/год), используемой в системе «мокрой» газоочистки, и снижения платы за негативное воздействие на окружающую среду при размещении отходов (~ 9,9 млн. руб./год).

Ожидаемая прибыль от использования разработанной технологии составляет 45 руб. на 1 т. производимого первичного алюминия.

Результаты диссертационной работы внедрены в учебный процесс в ФГБОУ ВО «ИРНИТУ» при подготовке обучающихся по направлению «Металлургия».

На защиту выносятся:

  • данные по химическому составу и свойствам образцов огнеупорной части отработанной футеровки электролизеров;
  • результаты термодинамического анализа реакций взаимодействия компонентов огнеупорной части ОФ с растворами гидроксида, карбоната и гидрокарбоната натрия;
  • результаты изучения зависимости от температуры и продолжительности процесса скорости выщелачивания водорастворимых соединений фтора из огнеупорной части ОФ и математическое описание полученной зависимости;
  • результаты исследований влияния величины рН, температуры и продолжительности процесса на содержание кремнезема в растворах выщелачивания фтора из огнеупорной части ОФ;
  • целесообразность использования для гидрометаллургической переработки огнеупорной части отработанной футеровки растворов газоочистки и шламовых вод алюминиевого производства, содержащих бикарбонат натрия, для организации замкнутого водооборота предприятия и извлечения дополнительного количества фтора;
  • результаты исследований по получению криолита, отвечающего требованиям технологии электролиза, из растворов гидрометаллургической переработки огнеупорной части ОФ;
  • результаты исследований по снижению КО получаемого криолита при его обработке раствором сульфата алюминия;
  • технологическая схема регенерации криолита из отработанной огнеупорной футеровки;
  • технико-экономическая и экологическая оценка разработанной технологии переработки огнеупорной части ОФ.

Личный вклад автора — заключается в постановке задач исследования, организации и проведения каждого этапа исследований; отбора и подготовки проб; выполнения расчетов; анализе и сопоставлении экспериментальных и теоретических данных; разработке и корректировке технологической схемы; обработке полученных результатов, формулировке выводов и рекомендаций.

Апробация работы. Основные материалы диссертационной работы докладывались на 7-ой Всероссийской научно-практической конференции с международным участием «Перспективы развития технологии переработки углеводородных и минеральных ресурсов» (г. Иркутск, апрель 2017 г.), XX Международной научно-практической конференции «Металлургия: технологии, инновации, качество (Металлургия – 2017)» (г. Новокузнецк, ноябрь 2017 г.), Международной научно-практической конференции «Научные революции: Сущность и роль в развитии науки и техники» (г. Оренбург, апрель 2018 г.).

Публикации. По материалам диссертационной работы имеется 15 научных публикаций, в том числе 2 статьи в рецензируемых журналах, входящих в перечень изданий, рекомендованных ВАК РФ, 2 патента РФ на изобретение.

Структура и объем работы. Диссертация изложена на 143 страницах, включая 30 рисунков и 22 таблицы. Работа состоит из введения, четырех глав, заключения и списка литературы (170 наименований), 5 приложений.

Краткое содержание работы

Во введении сформулированы цели работы, ее актуальность, научная новизна и практическая значимость.

В главе 1. представлен обзор современного состояния способов, используемых для переработки ОФ. Изложены причины образования побочных продуктов производства первичного алюминия. Изучены процессы изменения фазового и химического состава огнеупорной части ОФ в процессе эксплуатации электролизера. Проанализированы механизмы проникновения в футеровку компонентов криолит-глиноземного расплава, приведены литературные данные по объемам образования, составу и свойствам ОФ алюминиевых электролизеров. Рассмотрены способы переработки углеродсодержащей и огнеупорной частей ОФ, используемые в зарубежной практике. Показано, что в настоящее время отдельно огнеупорная часть ОФ в основном складируется в отвалах с предварительным обезвреживанием или без него, а рациональных технологий извлечения фтористых солей из данного вида техногенного сырья не разработано.

Одним из рациональных путей использования огнеупорной части ОФ является ее гидрометаллургическая переработка с переводом фтора в раствор, из которого возможно получение криолита, пригодного для процесса электролиза.

Глава 2. посвящена изучению вещественного состава и свойств огнеупорной части ОФ электролизеров и обоснованию направлений дальнейших исследований. Описана методика отбора и подготовки для анализа проб огнеупорной части ОФ. Для изучения вещественного состава и свойств огнеупорной части ОФ на предприятиях ПАО «РУСАЛ Красноярск» и филиале ПАО «РУСАЛ Братск» в г. Шелехов были отобраны продукты демонтажа катодного устройства пяти электролизеров типа С-8БМ с различными сроками эксплуатации.

Химический состав (по результатам РФА) средних проб от пяти электролизеров типа С-8БМ различных заводов приведен в таблице 1.

Таблица 1. Химический состав образцов огнеупорной ОФ

  • *1,3,5 – пробы с ванн с ПАО «РУСАЛ Красноярск»; 2,4 – с ванн ПАО «РУСАЛ Братск» филиала в г. Шелехов
  • **Прочие представлены, в основном, кислородом в виде Al2O3, SiO2.

Как видно из представленных в таблице 1 данных, состав футеровки для каждого электролизера индивидуален и может значительно различаться в зависимости от срока службы и условий эксплуатации электролизера.

По данным рентгеноструктурного анализа огнеупорная часть ОФ содержит следующие соединения: муллит 3Al2O3.2SiO2, фторид натрия NaF, криолит Na3AlF6, хиолит Na5Al3F14, оксид кремния SiO2 (в виде кристобалита, кварца, тридимита), фторид кальция CaF2, оксид алюминия Al2O3, нефелин NaAlSiO4, альбит NaAlSi3O8.

Проведено изучение основных свойств соединений, присутствующих в огнеупорной части ОФ. Установлено, что при взаимодействии электролита с шамотом (муллитом) образуется дополнительное количество NaF, на долю которого приходится более 50 % всего фтора. Алюмосиликаты, фторид кальция и оксид алюминия практически нерастворимы в воде, криолит и хиолит малорастворимы, однако NaF растворяется практически полностью до достижения предела растворимости в данной водно-солевой системе. Таким образом, при обработке данных фторсодержащих огнеупорных материалов водой может быть извлечена большая часть фтора с растворением NaF. Криолит, хиолит и фторид кальция при водном выщелачивании практически полностью остаются в кеке.

Нужна помощь в написании автореферата?

Мы - биржа профессиональных авторов (преподавателей и доцентов вузов). Наша система гарантирует сдачу работы к сроку без плагиата. Правки вносим бесплатно.

Цена автореферата

Основной примесью в растворе при переводе водорастворимых фтористых соединений является кремнезем, который при последующем осаждении Na3AlF6 из растворов выщелачивания может переходить в готовый продукт, снижая тем самым его качественные характеристики для использования в процессе электролиза. Кремнезем также хорошо растворим в щелочной среде: при обработке щелочью огнеупорной части ОФ концентрация SiO2 в растворе может составлять более 1 г/дм3, что является неблагоприятным фактором для последующей переработки данных растворов выщелачивания с целью получения фтористых солей. Так как огнеупорная часть ОФ содержит от 0,01 до 1 % мас. гидроксида натрия, нами были проведены термодинамические расчеты, которые подтвердили возможность взаимодействия криолита, хиолита и кремнезема с водными растворами NaOH.

Эти факторы определили дальнейшее направление исследований: изучение влияния основных параметров выщелачивания на процесс извлечения фтора из огнеупорной части ОФ и подбор оптимальных их значений с целью получения раствора фторида натрия, пригодного для дальнейшего осаждения криолита с минимальным содержанием кремнезема.

В главе 3. рассмотрено влияние основных факторов на процесс выщелачивания фторсодержащих соединений из огнеупорной части ОФ и содержание кремнезема в растворе. Изучен процесс регенерации криолита из растворов выщелачивания огнеупорной части ОФ, предложены пути повышения качества полученного криолита, исследована возможность применения кека выщелачивания в составе шихтовой смеси для получения цементного клинкера.

Так как состав огнеупорной части ОФ каждого электролизера различен, то для проведения лабораторных исследований в работе использовалась усредненная проба, которая по химическому составу наиболее точно соответствует составу большинства проб огнеупорной части ОФ.

В таблице 2 приведены элементный и фазовый состав исходной усреднен- ной пробы, кека и остатка от выпаривания раствора водного выщелачивания (по данным РФА и рентгеноструктурного анализа). Как показали результаты анализа, в кеке отсутствует NaF, что свидетельствует о том, что он растворился полностью.

Таблица 2. Химический состав остатка от выпаривания раствора водного выщелачивания усредненной пробы огнеупорной части ОФ и кека выщелачивания

* кислород

Нами было изучено влияние гранулометрического состава усредненной пробы огнеупорной части ОФ и Ж:Т на параметры выщелачивания NaF. Установлено, что оптимальным размером частиц огнеупорной части ОФ для гидрометаллургической переработки является 0,2 мм.

Выбор Ж:Т в наших экспериментах определялся, исходя из оптимальной для получения криолита концентрации NaF в растворе выщелачивания огнеупорной части ОФ, которая составляет 12-20 г/дм3. На основании результатов серии экспериментов были определены оптимальные значения Ж:Т для выщелачивании фтора из огнеупорной части ОФ различного состава в зависимости от содержания компонентов (таблица 3). Таким образом, при содержании фтора от 7 до 14 % мас. в изученных образцах огнеупорной части ОФ Ж:Т должно составлять 7–11:1; при низком содержании фтора в исходных образцах ОФ (менее 7 % мас.) растворы выщелачивания необходимо использовать повторно для повышения концентрации NaF, либо перерабатывать совместно с образцами, имеющими повышенное содержание фтора (более 14 % мас.).

Таблица 3. Оптимальное Ж:Т при выщелачивании фтора из различных образцов огнеупорной части ОФ

Нами также было исследовано влияние температуры (в интервале от 298 К (25°С) до 353 К (80°С)) и продолжительности процесса (от 15 до 480 мин) на из- влечение фтора в раствор водного выщелачивания при принятом Ж:Т = 7:1. Объектом исследования служила усредненная проба огнеупорной части ОФ. В результате математической обработки экспериментальных данных была получена зависимость концентрации фторида натрия (Сτ, г/дм3) в растворе водной об- работки огнеупорной ОФ от температуры (Т, К) и продолжительности процесса (τ, мин), которая описывается уравнением:

Сτ = С¥ – 1/(0.0552Т2 – 26,666Т + 3126,4)•10-3·τ +1/С¥ ,

где С¥ –    концентрация NaF в растворе при бесконечной продолжительности процесса растворения.

Установлена зависимость извлечения NaF в раствор выщелачивания от температуры и продолжительности процесса.

Экспериментально    определены оптимальные условия для водного выщелачивания фтористых соединений из огнеупорной части ОФ с целью максимального извлечения фтора: температура выщелачивания  –  60ºС;         продолжительность – 120 мин. При исследовании растворимости кремнезема, входящего в состав изучаемого техногенного сырья, оценивалось влияние рН, температуры и продолжительности выщелачивания. При   одинаковых условиях проводилось от 3 до 5 экспериментов, среднее значение концентрации SiO2.

Нужна помощь в написании автореферата?

Мы - биржа профессиональных авторов (преподавателей и доцентов вузов). Наша система гарантирует сдачу работы к сроку без плагиата. Правки вносим бесплатно.

Цена автореферата

При температуре 60°С и рН раствора 11,5 растворение кремнезема носит нелинейный характер. Так, первые 30 мин наблюдается быстрое растворение кремнезема до 0,4-0,45 г/дм3, далее его концентрация в растворе начинает снижаться за счет протекания процесса обескремнивания с образованием малорастворимого гидроалюмосиликата натрия Na2O•Al2O3•1,67SiO2•nH2O. Для минимизации перехода кремнезема в раствор выщелачивания при температурах от 60 до 80°С необходимо осуществлять длительный контакт твердой и жидкой фаз в пульпе. В связи с этим нами была определена необходимая продолжительность контакта – не менее 6 час.

Проведенные исследования позволили определить способы снижения концентрации кремнезема в растворах гидрометаллургической переработки огнеупорной ОФ. Помимо увеличения продолжительности процесса было предложено снижение рН с использованием в качестве растворителя растворов бикарбоната натрия. Как источник бикарбоната натрия целесообразно использовать растворы газоочистки и шламовые воды, образующиеся при производстве алюминия: их химический состав представлен в таблице 4. Кроме того, использование шламовых вод позволяет организовать замкнутый водооборот предприятия  и регенерировать дополнительное количество фтора, содержащегося в них (~250 кг) на 1 т получаемого криолита.

Таблица 4. Химический состав шламовых вод и растворов газоочистки ПАО «РУСАЛ Красноярск»

Нами проведены лабораторные исследования по выщелачиванию фтора из огнеупорной части ОФ водой и модельным раствором следующего состава, г/дм3: NaF – 7,5; Na2SO4 – 60; Na2CO3 – 7; NaHCO3 – 20. Условия эксперимента: температура – 60°С, продолжительность выщелачивания 120 мин, Ж:Т = 10:1. Из растворов выщелачивания был осажден криолит по традиционной алюминатной схеме.

Нами было проведено четыре блока исследований (Блок 1-4), которые охватывали возможные колебания химического состава растворов; каждый блок состоял из 3-5 экспериментов. Было определено, что оптимальными условиями получения криолита из растворов фторида натрия по содо-бикарбонатной схеме являются: концентрация NaF – от 12 до 20 г/дм3; концентрация бикарбоната натрия в маточном растворе после осаждения криолита – от 4 до 12 г/дм3.

Для связывания всего фтора в криолит необходимо иметь в растворе избыток NaF, что соответствует условию недостатка алюмината натрия в количестве 10-35 % от стехиометрически необходимого количества. Температура процесса осаждения криолита – 80°С. Результаты исследований представлены в таблице 5.

Таблица 5. Химический состав криолита, полученного при различных условиях эксперимента

Так как получаемый криолит содержит до 32 % мас. натрия (что отвечает КО 2,7-2,8) нами была предложена технология снижения КО, заключающаяся в обработке получившегося криолита раствором сульфата алюминия. Использование предлагаемой технологии позволяет не только снизить содержание натрия (до 21 % мас.) в криолите, но и значительно уменьшить в нем содержание кремнезема. Сульфатом алюминия обрабатывался криолит, полученный из растворов переработки огнеупорной ОФ, где в качестве растворителя использовались мо- дельные растворы, соответствующие по химическому составу растворам газоочистки.

Так же нами была экспериментально подтверждена возможность применения кека от гидрометаллургической переработки огнеупорной части ОФ в качестве глинистой составляющей сырьевой шихты для получения цементного клинкера. Определены оптимальные значения добавки кека выщелачивания в сырьевую шихту: от 5 до 12 % мас. в зависимости от химического состава применяемой извести. Таким образом, было экспериментально обосновано создание малоотходной технологии переработки огнеупорной части ОФ.

В главе 4. представлены результаты опытно-промышленных испытаний в ПАО «РУСАЛ Красноярск», переработки огнеупорной части ОФ и повышения КО в регенерационном криолите, а также результаты проведенной эколого-экономической оценки эффективности предлагаемой технологии. Разработанная технология позволяет регенерировать фтористые соли из огнеупорных материалов электролитического получения алюминия с использованием существующего оборудования участка ПФС и ПУ предприятий, производящих первичный алюминий.

В растворах выщелачивания содержание SiO2 составило менее 0,1% мас., что позволяет регенерировать из них криолит, отвечающий требованиям электролизного производства алюминия, а образующийся кек выщелачивания – рекомендовать для производства цемента.

Внедрение разработанной технологии переработки огнеупорных материалов капитального ремонта электролизеров получения алюминия позволит принести прибыль в размере 45 руб. на 1 т. первичного алюминия за счет производства вторичного криолита (~ 1,8 тыс.т/год), снижения платы за негативное воздействие на окружающую среду (~ 9,9 млн.руб./год) и экономии кальцинированной соды (~ 2,1 тыс.т/год), используемой в «мокрой» ступени газоочистных установок предприятия.

Заключение: содержит краткие результаты проведенных исследований.

Выводы:

1. Проведен аналитический обзор существующих зарубежных и отечественных методов переработки отработанной футеровки электролизеров.

2. Согласно проведенным анализам химического состава основными соединениями в огнеупорной части ОФ являются: муллит, фторид натрия, криолит, хиолит, кремнезем (в виде кристобалита, кварца, тридимита), фторид кальция, оксид алюминия, нефелин, альбит. В процессе электролиза при взаимодействии электролита с шамотом (муллитом), составляющим основу огнеупорной части футеровки, образуется дополнительное количество фторида натрия.

По результатам проведенных исследований химического состава огнеупорной части ОФ установлено, что на долю NaF приходится более 50 % мас. всего содержащегося в ней фтора. Известно, что алюмосиликаты, фторид кальция и оксид алюминия практически нерастворимы в воде, криолит и хиолит малорастворимы, а фторид натрия растворяется практически полностью. Таким образом, при обработке огнеупорной части ОФ водой может быть извлечена бóльшая часть фтора путем избирательного растворения фторида натрия – до 95 % мас. Криолит, хиолит и фторид кальция при водном выщелачивании практически полностью остаются в кеке.

3. Проведенные термодинамические расчеты показали возможность реакций взаимодействия криолита, хиолита и кремнезема с водными растворами гидроксида натрия.

Нужна помощь в написании автореферата?

Мы - биржа профессиональных авторов (преподавателей и доцентов вузов). Наша система гарантирует сдачу работы к сроку без плагиата. Правки вносим бесплатно.

Цена автореферата

4. Экспериментально определено, что оптимальными условиями для водного выщелачивания фтористых соединений из огнеупорной части ОФ являются: температура выщелачивания – 60ºС; продолжительность процесса – 120 мин. На основании экспериментальных данных нами была получена математическая модель зависимости извлечения фтора их огнеупорных материалов в раствор от температуры и продолжительности выщелачивания (при рН = 8-10,5):

Сτ = С¥ 1/(0.0552Т2 – 26,666Т + 3126,4)•10-3·τ +1/С¥.

Так как огнеупорная часть ОФ содержит некоторое количество гидроксида натрия, нами было изучено поведение кремнезема при выщелачивании в нейтральной и слабощелочной средах. В связи с негативной ролью кремния в процессе получения алюминия электролизом расплавов нами определены оптимальные параметры получения растворов, пригодных для осаждения криолита, отвечающего требованиям процесса электролиза криолит-глиноземных расплавов: размер частиц огнеупорной части ОФ – 0,2 мм; Ж:Т – 7-11:1; величина рН = 8-10,5;  температура  выщелачивания  –  60-80°С  ;  продолжительность процесса 360 мин. Увеличение продолжительности  процесса  необходимо  для полноты протекания реакции обескремнивания раствора с образованием малорастворимого гидроалюмосиликата натрия. При наличии в обрабатываемом материале гидроксида натрия для снижения величины рН до 10,5 с целью минимизации перехода SiO2 в раствор рекомендовано проводить выщелачивание раствором NaНСО3 с концентрацией от 20 до 25 г/дм3.

5. В качестве растворителя, содержащего бикарбонат натрия, нами было предложено использовать промывные и шламовые воды и растворы «мокрой» газоочистки, что, кроме того, позволит поддерживать водный баланс предприятия производства алюминия в замкнутом цикле. Использование для обработки огнеупорных материалов шламовых вод позволит вернуть в производство часть фтора (~250 кг на 1 т регенерируемого криолита), содержащегося в них. Получаемый после осаждения криолита раствор в дальнейшем может быть использован в существующих «мокрых» схемах очистки газов от фтористого водорода и диоксида серы.

6. Определена возможность применения содо-бикарбонатного способа для переработки растворов фторида натрия, полученных при гидрометаллургической переработке огнеупорной части отработанной футеровки электролизеров получения алюминия с целью получения криолита. Экспериментально подтверждена возможность получения криолита из данных растворов с содержанием кремнезема, отвечающего требованиям ГОСТ 10561-80. Качество получаемого криолита (с КО = 2,9) аналогично качеству вторичного регенерационного криолита, получаемого на алюминиевых заводах в соответствии с ТУ 45-5-130-85.

7. В соответствии с ГОСТ 10561-80 искусственный технический криолит марки КА сорт 1 должен иметь КО = 1,7. Нами была экспериментально подтверждена возможность получения низкомодульного криолита (с КО = 1,7-1,8) за счет снижения в нем содержания натрия с 30-33 % мас. до 21-20 % мас. при обработке полученного регенерационного криолита раствором сульфата алюминия (патент РФ №2667447 «Способ обработки регенерационного криолита»). Кроме того, обработка криолита раствором Al2(SO4)3 позволяет значительно уменьшить в нем содержание кремнезема за счет его взаимодействия с плавиковой кислотой, образующейся при гидролизе NaF в кислой среде.

8. Полученные экспериментальные данные послужили основой для разработки технологической схемы переработки техногенных материалов капитального ремонта электролизеров с получением криолита, отвечающего требованиям технологии электролиза, и кека, пригодного для использования производства цемента.

9. Разработанная технология позволяет регенерировать фтористые соли из огнеупорной части ОФ с использованием существующего оборудования участка ПФС и ПУ предприятий, производящих первичный алюминий, которое было опробовано в результате опытно-промышленных испытаний в ПАО «РУСАЛ Красноярск». В растворах выщелачивания концентрация SiO2 составила менее 0,1 г/дм3, что позволяет получать из него криолит, отвечающий требованиям электролизного производства.

10. Внедрение разработанной технологии гидрометаллургической переработки огнеупорных материалов электролитического получения алюминия позволит получить прибыль в размере 45 руб. на 1 т первичного алюминия за счет регенерации криолита (~ 1,8 тыс.т/год), снижения платы за негативное воздействие на окружающую среду (~ 9,9 млн.руб./год) и получения дополнительного объема кальцинированной соды (~ 2,1 тыс.т/год) для «мокрой» ступени ГОУ.

11. Результаты диссертационной работы внедрены в учебный процесс в ФГБОУ ВО «ИРНИТУ» при подготовке обучающихся по направлению «Металлургия».

Список использованных источников

Статьи из Перечня изданий, рекомендованных ВАК РФ:

1. Ржечицкий, Э. П. Разработка технологии переработки теплоизоляционной части отработанной футеровки алюминиевых электролизеров / Э. П. Ржечицкий, А. А. Петровский, Н. В. Немчинова, А. А. Иванов // Вестник Иркутского государственного технического университета. – 2017. – № 9. – С. 201–209.
2. Петровский, А. А. Изучение процесса извлечения фтора из огнеупорной части отработанной футеровки электролизеров производства алюминия / А. А.Петровский, Н. В. Немчинова, Э. П. Ржечицкий // Вестник Иркутского государственного технического университета. – 2018. – № 8. – С. 151–162.

Статьи в рецензируемых научных изданиях, входящих в международные реферативные базы данных:

3. Kondratiev, V. V. Results of Researches with Revealing of Technological Parameters of Processes of Recycling and Neutralization of the First and Second Cut of the Spent Lining of Electrolyzers for Reception of Aluminum Fluoride by Pyrolytic and Hydro Chemical Method / V.V Kondratiev., A. A. Petrovskiy, V. A. Ershov, T. I. Sysoeva, A. I. Karlina // International Journal of Applied Engineering Research. – 2017. – Vol. 12, No. 23. – P. 13898–13904.
4. Rzechitskiy, E. P. Dimensions for reducing the consumption of fluoride salts in the production of aluminum / E. P. Rzechitskiy, A. A. Petrovskiy, N. V. Nemchinova, I. A. Sysoev, Yu. V. Bogdanov // IOP Conf. Series: Materials Science and Engineering 411. – 2018. 012061.
5. Rzechitskiy, E. P Composition of the heat insulating part of the spent lining – waste of overhaul of aluminum electrolysers // E. P. Rzechitskiy, A. A. Petrovskiy, N. V. Nemchinova, А. A. Ivanov, Yu. V. Bogdanov
/ IOP Conf. Series: Materials Science and Engineering 411. – 2018. 012062

Патенты:

6. Пат. № 2643675, Российская Федерация, С01F 7/54. Способ переработки отработанной теплоизоляционной футеровки алюминиевого электролизера / В. В. Кондратьев, Э. П. Ржечицкий, А. А. Петровский; заявитель и патентообладатель ФГБОУ ВО «ИРНИТУ». – № 2016149511, заявл.16.12.2016; опубл. 05.02.2018.
7. Пат. № 2667447, Российская Федерация, С01F 7/54. Способ обработки регенерационного криолита / Э. П. Ржечицкий, В. В. Кондратьев, Т. М. Павлова, А. А. Петровский; заявитель и патентообладатель ФГБОУ ВО «ИРНИТУ». – № 2017133086, заявл. 21.09.2017; опубл. 19.09.2018.

Публикации в других изданиях:

8. Петровский, А. А. Изучение взаимодействия компонентов отработанной футеровки алюминиевых электролизеров и технологическая оценка применительно к щелочному гидрохимическому способу производства / А. А. Петровский, Э. П. Ржечицкий, В. Н. Петровская, А. А. Немаров // Вестник КРСУ. – 2018. – Т.18, № 4. – С. 72–75.
9. Ржечицкий, Э. П. Изучение состава теплоизоляционной части отработанной футеровки алюминиевого электролизера / Э. П. Ржечицкий, Н. В. Немчинова, А. А. Петровский // Перспективы развития технологии переработки углеводородных и минеральных ресурсов: материалы 7 Всерос. науч.-практ. конф. с междунар. участием (Иркутск, апрель 2017 г.). – Иркутск. – 2017. – С. 158–160.
10. Ржечицкий, Э. П. Методы переработки теплоизоляционной (огнеупорной) части отработанной футеровки алюминиевого электролизера / Э. П. Ржечицкий, Н. В. Немчинова, А. А. Петровский // Перспективы развития технологии переработки углеводородных и минеральных ресурсов: материалы 7 Всерос. науч.-практ. конф. с междунар. участием (Иркутск, апрель 2017 г.). – Иркутск. – 2017. – С. 160–162.
11. Петровский, А. А. Проблема переработки отработанной футеровки электролизеров для производства алюминия / А. А. Петровский, Н. И. Хасанова // Междисциплинарность науки как фактор инновационного развития: сб. статей по итогам Международной науч.-практ. конф. (Тюмень, апрель 2018 г.). – Тюмень. – 2018. – С. 87–89.
12. Петровский, А. А. Обзор технологий переработки отработанной футеровки электролизеров для производства алюминия / А. А.Петровский, В. О. Маласова // Роль инноваций в трансформации современной науки: сб. статей по итогам Международной науч.практ. конф. (Стерлитамак, апрель 2018 г.). – Стерлитамак. – 2018. – С. 55–57.
13. Петровский, А. А. Современные способы переработки отработанной футеровки электролизеров для производства алюминия / А. А. Петровский, Э. П. Ржечицкий, Н. И. Хасанова // Новая наука: История становления, современное состояние, перспективы развития: сб. научных трудов по материалам Международной науч.-практ. конф. (Казань, апрель 2018 г.). – Казань. – 2018. – Ч. 1. – С. 49–52.
14. Петровский, А.А. Исследование свойств отработанной футеровки электролизеров для производства алюминия / А. А. Петровский, Э. П. Ржечицкий, Н. И. Хасанова
// Научные революции: Сущность и роль в развитии науки и техники: сб. научных трудов по материалам Международной науч.-практ. конф. (Оренбург, апрель 2018 г.). – Оренбург. – 2018. – С. 113–117.
15. Петровский, А. А. Результаты рентгеноструктурного анализа отработанной футеровки электролизеров для производства алюминия / А. А. Петровский, Э. П. Ржечицкий, А. А. Мингалимова // Фундаментальные и прикладные исследования в области естественных и технических наук: сб. научных трудов по материалам Международной науч.практ. конф. (Белгород, апрель 2018 г.). – Белгород. – 2018. – Ч. 2. – С. 125–127.

Нужна помощь в написании автореферата?

Мы - биржа профессиональных авторов (преподавателей и доцентов вузов). Наша система гарантирует сдачу работы к сроку без плагиата. Правки вносим бесплатно.

Цена автореферата

Средняя оценка 0 / 5. Количество оценок: 0

Поставьте оценку первым.

Сожалеем, что вы поставили низкую оценку!

Позвольте нам стать лучше!

Расскажите, как нам стать лучше?

1023

Закажите такую же работу

Не отобразилась форма расчета стоимости? Переходи по ссылке

Не отобразилась форма расчета стоимости? Переходи по ссылке