Способ электролитического получения алюминия и способ получения гранулированных литийсодержащих фтористых солей для электролитического производства алюминия
Реферат
Использование: получение гранулированных фтористых солей, применяемых в электролитическом производстве. Цель - повышение эффективности процесса электролиза и расширение технологических возможностей в способе электролитического получения алюминия. Сущность - загрузка в электролит глинозема, фтористых солей и литийсодержащего компонента. В качестве этого компонента используют гранулированные литийсодержащие фтористые соли, которые загружают в количестве 10 - 35 кг на тонну алюминия, а в способе получения гранулированных фтористых солей для электролитического производства алюминия, включающем измельчение порошкообразных компонентов, содержащих литий и фтор, смешение, увлажнение и сушку, в качестве исходного литийсодержащего компонента используют углекислый литий и/или гидроокись лития, в качестве фторсодержащего - фтористый алюминий и/или соединения фторидов натрия и алюминия, измельчают исходные литийсодержащие и/или алюмофторсодержащие компоненты до содержания в них фракции не более 8 мкм в количестве не менее 5 мас.%, а массовое отношение фторида алюминия в алюмофторсодержащем компоненте к литию в литийсодержащем компоненте поддерживают не менее 4 л, кроме того, измельченную смесь компонентов перед гранулированием увлажняют до 10 - 35 мас.%, а сушку проводят при температуре 300 - 700oC. 2 с. и 1 з.п. ф-лы, 2 табл.
Изобретения относятся к химической технологии и к цветной металлургии и могут быть использованы для получения гранулированных фтористых солей, применяемых в электролитическом производстве алюминия.
Корректировка электролита и питание электролизера фтористыми солями в компактном виде позволяет на 25 30% сократить выделение фтористых соединений в атмосферу и их расход. Известен способ получения гранулированного криолита из пасты влажностью 18 25% в противоточной вращающейся барабанной печи с внутренним обогревом, включающий нагрев пасты при линейной скорости вращения барабана печи 0,14 - 0,22 м/с сначала до 200 300oC со скоростью 5 10oC/мин, а затем до 800 900oC со скоростью 30 40oC/мин. При получении продукта по этому способу значительны энергозатраты и потери фтора в процессе, ограничены технологические возможности применения получаемого гранулированного продукта. Одним из направлений повышения эффективности процесса электролитического производства алюминия является использование в качестве добавок в электролит солей лития. При этом концентрация фторида лития в электролите поддерживается на уровне 2,0 2,5% В качестве литийсодержащей добавки обычно используют карбонат лития. Однако эта добавка дорогостоящая и, кроме того, при ее использовании в электролите происходит реакция: в результате которой электролит становится более щелочным и требуется дополнительный расход фторида алюминия для его корректировки. По экономическим соображениям в качестве добавки может быть использован более дешевый гидрооксид лития. Однако использование этого соединения в чистом виде по соображениям безопасного ведения процесса затруднено, т.к. промышленный продукт содержит до 50% воды, и требуется специальное оборудование и высокие температуры /925oC/ для ее удаления. Кроме того, повышается расход фторида алюминия для корректировки криолитового отношения и увеличиваются выбросы фтора. Аналогичные проблемы возникают и в случае загрузки в составе шихты гидрооксида лития. Известен способ брикетирования фторида алюминия, включающий смешение фторида алюминия и отходов после прессования и обжига брикетов, прессования шихты и обжиг брикетов, характеризующийся тем, что, с целью снижения потерь продукта, фторид алюминия берут в виде смеси пасты фторида алюминия влажностью 15-35% и пасты фторида алюминия, предварительно выдержанной при 250 - 400oC в течение 1 10 с при их массовом отношении в смеси 0,65 1,5, а обжиг брикетов ведут при 450 600oC в течение 20 45 мин. Известный способ выбран в качестве прототипа для способа получения гранулированных литийсодержащих фтористых солей по наличию сходного существенного признака (получение фтористых солей в компактном виде) и по применению получаемых продуктов (цветная металлургия). Известное решение позволяет сократить потери фторидов в процессе изготовления и использования при содержании основного вещества в продукте до 93,6% Существенными недостатками известного решения являются сложность процесса, необходимость тщательного смешивания полусухих продуктов, повышенные энергозатраты (предварительная выдержка пасты фторида алюминия при 250 - 400oC) и, кроме того, использование продукта, получаемого по данной технологии, не позволяют улучшить основные показатели процесса электролиза алюминия производительность и расход электроэнергии, ограничены технологические возможности применения продукта. С целью повышения потребительских свойств продукта путем введения полезной добавки фторида лития, повышения прочности, расширения технологических возможностей применения и повышения технико-экономических показателей процесса электролиза при использовании в предлагаемом способе получения гранулированных литийсодержащих фтористых солей для электролитического производства алюминия, включающем смешение, увлажнение, гранулирование и сушку, в качестве исходного литийсодержащего компонента используют карбонат и/или гидрооксид лития, в качестве фторсодержащего компонента фторид алюминия и/или соединения фторидов натрия и алюминия, предварительно измельчают литий и/или алюминийфторсодержащие компоненты до содержания в них фракции размером не более 8 мкм в количестве не менее 5 мас. а массовое отношение фторида алюминия к литию поддерживают не менее 4, при этом, увлажнение исходной смеси осуществляют до 10 35% Наиболее близким к предлагаемому способу получения алюминия является способ получения алюминия, в котором в ванну добавляют реагент в виде соединения щелочного или щелочноземельного металла, такого как фторид, в частности фторид лития или магния. По технической сущности, наличию существенного сходного признака и по достигаемому результату данное решение принято за прототип. Основным недостатком известного решения является использование в качестве реагента, загружаемого в электролизер, фторида лития. Непосредственная загрузка фторида лития в ванну электролизера ведет к значительным его потерям и непроизводительным затратам. С целью повышения эффективности процесса электролиза за счет снижения потерь фтористых солей при загрузке и увеличения производительности электролизеров за счет увеличения электропроводности электролита, снижения температуры процесса и повышения выхода по току, снижения себестоимости металла за счет сокращения расхода фторсолей и анодной массы в предлагаемом способе электролитического получения алюминия, включающем загрузку в электролизер глинозема, фтористых солей и литийсодержащего компонента, в качестве литийсодержащего компонента используют гранулированные литийсодержащие фтористые соли, которые загружают в количестве 10 35 кг на тонну алюминия. Техническая сущность способа заключается в следующем. Введение в электролит литиевых солей сопряжено с определенными трудностями (потери при загрузке, опасность процесса) и с отрицательными моментами (повышение расхода фтористого алюминия, потери фтора). Предлагаемая технология предусматривает устранение этих недостатков за счет подготовки литийсодержащего сырья. В результате такой подготовки получают гранулированную литийсодержащую фтористую соль, включающую фторид лития с минимальным количеством или отсутствием исходных литиевых соединений, которая не оказывает отрицательного влияния на процесс электролиза алюминия и в то же время существенно увеличивает эффективность процесса электролиза. В отличие от известных решений по получению фтористых солей в компактном виде в предлагаемом в состав шихты введен литийсодержащий компонент. В отличие от прототипа и других известных решений в предлагаемом в качестве исходного литийсодержащего компонента используют карбонат и/или гидрооксид лития, предварительно измельчают литий и/или алюминийфторсодержащие компоненты до содержания в них фракции размером не более 8 мкм в количестве не менее 5 мас. а массовое отношение фторида алюминия к литию поддерживают не менее 4, увлажняя исходную смесь перед гранулированием до 10 35% Указанная последовательность действий и термообработка гранул при 300 - 700oC позволяют получить достаточно прочные гранулы, содержащие фторид лития и литиевый криолит, причем содержание лития в гранулах (от исходного) составляет 95 97% Авторами экспериментально установлена возможность получения гранулированных литийсодержащих фтористых солей при использовании, например, гидроокиси лития, карбоната лития. Установлено, что смешение измельченного алюмофторсодержащего компонента в виде фторида алюминия или соединений (механической смеси) фторидов натрия и алюминия с литийсодержащим компонентом, например гидроокисью лития, при массовом отношении фторида алюминия в алюмофторсодержащих соединениях к литию в литийсодержащих не менее 4, увлажнение смеси до содержания влаги 10 -35% окускование и сушка при 300 -700oC приводит к образованию прочного и отвечающего указанным выше требованиям окускованного продукта. Измельчают либо смесь алюмофторсодержащего компонента с литийсодержащим, либо только алюмофторсодержащий. При содержании в измельченных порошкообразных компонентах фракции менее 8 мкм меньше 5 мас. гранулы не прочны и рассыпаются. Кроме того, в их составе содержится значительное количество исходных литийсодержащих компонентов, не прореагировавших со фторидом алюминия. При влажности смеси менее 10% окускование затруднено. Увлажнение более 35% нецелесообразно, так как возрастают энергозатраты на сушку. Важным моментом является поддержание в смеси массового соотношения фторида алюминия в алюмофторсодержащем компоненте к литию в литийсодержащем не менее 4. Это обеспечивает практически полное превращение в процессе обработки литийсодержащего сырья в необходимый для процесса электролиза фтористый литий. Температура сушки менее 300oC не обеспечивает эффективного удаления влаги из гранул. Температура сушки более 700oC нецелесообразна, так как возрастают энергозатраты без достижения более высокого результата. Анализ получаемых по данной технологии гранулированных продуктов показывает, что в них содержатся фтористый литий, фтористый алюминий, литиевый криолит. Заявляемые технологические параметры предлагаемого технического решения получены экспериментальным путем. Результаты экспериментов приведены в таблице 1. Примеры осуществления способа получения гранулированных фтористых солей. Пример 1. Фтористый алюминий технический в количестве 100 гр смешивали с гидроокисью лития при соотношении фтористого алюминия к литию, равном 4. Полученную смесь измельчали до содержания фракции менее 8 мкм, равного 24% Затем смесь гранулировали. Степень увлажнения порошкообразной смеси составляла 20% Полученные гранулы высушивали при 400oC Полученный гранулированный продукт содержал фторид лития, литиевый криолит и фтористый алюминий. Гранулы прочные. Пример 2. Фтористый алюминий технический смешивали с карбонатом лития в соотношении фторида алюминия к литию, равном 6. Смесь измельчали до содержания фракции менее 8 мкм, равном 20 мас. Затем полученную смесь гранулировали при влажности 20% Полученные гранулы высушивали при 400oC. Образовывались прочные гранулы состава: фтористый литий, литиевый криолит, фтористый алюминий. Содержание лития 97% от исходного. Пример 3. Фтористый алюминий технический смешивали с гидроокисью лития при соотношении фторида алюминия к литию, равном 7. Полученную смесь измельчали до содержания фракции менее 8 мкм 26% Затем смесь увлажняли до содержания влаги 20% Далее смесь гранулировали. Полученные гранулы высушивали при температуре 400oC. В результате получали продукт, удовлетворяющий всем требованиям (прочность, отсутствие исходного литийсодержащего компонента). Пример 4. Фтористый алюминий технический в количестве 100 г измельчали до содержания фракций -8 мкм 30% а затем смешивали с 82 г порошкообразного карбоната лития. Отношение количества фторида алюминия к литию было равным 6. Смесь увлажняли до 25% и гранулировали окатыванием, а затем высушивали при 400oC. Были получены прочные гранулы, содержащие в своем составе фторид алюминия, фторид лития и литиевый криолит. Содержание лития в гранулированном продукте 95% от взятого исходного. В предлагаемом способе электролитического получения алюминия, включающем загрузку в электролизер глинозема, фтористых солей и литийсодержащего компонента, в качестве литийсодержащего компонента используют гранулированные литийсодержащие фтористые соли, полученные по описанной выше технологии, которые загружают в количестве 10 35 кг на тонну алюминия. Использование этого продукта для корректировки криолитового отношения электролита и поддержания в нем необходимого количества фтористого лития приводит к увеличению эффективности процесса электролиза как за счет сокращения расхода фтористых солей от уменьшения их потерь при корректировке, так и за счет повышения электропроводности электролита, снижения температуры процесса, повышения производительности ванн и сокращения расхода фтора и анодной массы. В отличие от известных способов, в которых используются литийсодержащие добавки в электролит: углекислого лития, гидроокиси лития, гидроалюмината лития, в предлагаемом способе в электролизер загружается не литийсодержащий компонент, из которого в ходе реакций в электролите образуется "рабочий агент" фтористый литий, а непосредственно фтористый литий в виде соединения и литиевого криолита. Кроме того, загрузка в электролизер в гранулированном (компактном) виде резко снижает расход фтористых соединений и их выделения в процессе электролиза (на 25 30%). Использование гранулированных литийсодержащих фтористых солей в количестве 10 35 кг на тонну алюминия обеспечивает оптимальное содержание фтористого лития в электролите (1,9 3,5 мас.), обеспечивающее высокую эффективность процесса на всех стадиях. Кроме того, в загружаемом гранулированном материале кроме фтористого лития (до 25%) и литиевого криолита (до 20%) содержится фтористый алюминий (до 75%) и натриевый криолит (до 80% в случае использования для получения гранул фтористого натрия). В зависимости от содержания фтористого лития в гранулированном продукте (период насыщения электролита до заданной концентрации или нормальный технологический режим) величина загрузки литийсодержащих гранулированных фтористых солей колеблется от 10 кг до 35 кг на тонну алюминия. Загрузка в указанных пределах при известном содержании фтористого лития в гранулированном продукте гарантирует его оптимальное содержание в электролите (от 1,9 до 3,5% ). Одновременно расширяются технологические возможности использования гранулированного продукта за счет содержания в нем фтористого алюминия (корректировка состава электролита) и за счет содержания криолита (питание электролизера). При этом сокращается расход порошкообразных фторсодержащих компонентов, их потери и выбросы фтора. В таблице 2 приведены технико-экономические показатели процесса электролитического получения алюминия при использовании обычного электролита, электролита с добавлением порошкообразного карбоната лития и электролита с добавками гранулированных литийсодержащих фтористых солей. Данные приведены по средним результатам испытаний введения литийсодержащих добавок в электролит на Днепровском алюминиевом заводе. Из приведенных в таблице показателей следует, что добавки в электролит литиевых солей (содержания лития в электролите 2 мас. в режиме эксплуатации) позволяют снизить температуру процесса, расход свежих фтористых солей на 20% расход анодной массы на 8% повысить выход по току на 2,7% и производительность электролизера на 6,9% при этом более чем на 20% снижаются выбросы фтора в атмосферу. Однако при использовании гранулированных литийсодержащих фтористых солей снижается удельный расход фтористого лития на тонну производимого алюминия (в пересчете на карбонат лития). Что, кроме достижения высоких технологических и экологических показателей, позволяет снизить себестоимость товарного алюминия. Предлагаемый способ электролитического производства алюминия с использованием гранулированных литийсодержащих фтористых солей и способ их получения требуют дополнительных затрат, но результаты их использования в электролизе не только возмещают эти затрат, но и позволяют получить большую прибыль, чем при использовании любых других литийсодержащих компонентов. Кроме того, за счет возможного варьирования содержания фтористого лития в гранулированном продукте в способе его получения и варьирования величины загрузки в способе его применения резко расширяются технологические возможности использования литийсодержащих соединений в электролитическом производстве алюминия.Формула изобретения
1. Способ электролитического получения алюминия, включающий загрузку в электролизер глинозема, фтористых солей и литийсодержащего компонента, отличающийся тем, что в качестве литийсодержащего компонента используют гранулированные литийсодержащие фтористые соли, которые загружают в количестве 10 35 кг на тонну алюминия. 2. Способ получения гранулированных литийсодержащих фтористых солей для электролитического производства алюминия, включающий смешение, увлажнение, гранулирование и сушку, отличающийся тем, что в качестве исходного литийсодержащего компонента используют карбонат лития и/или гидрооксид лития, в качестве фторсодержащего компонента фторид алюминия и/или соединения фторидов натрия и алюминия, предварительно измельчают литий- и/или алюминийфторсодержащие компоненты до содержания в них фракции размером не более 8 мкм в количестве не менее 5 мас. а массовое отношение фторида алюминия к литию поддерживают не менее 4. 3. Способ по п.2, отличающийся тем, что перед гранулированием смесь увлажняют до 10 35%РИСУНКИ
Рисунок 1, Рисунок 2