Способ переработки алюминиевого шлака

Способ переработки алюминиевого шлака

Реферат

Изобретение относится к области металлургии, а более конкретно к переработке шлаков вторичного производства алюминия, и может быть использовано на предприятиях цветной металлургии.

Известен способ переработки алюминиевых шлаков (пат. РФ № 13018613, 12.11.85., С22В 7/00), включающий их дробление и рассев, причем металлическая часть шлаков попадает в плюсовую фракцию и используется в производстве алюминиевых сплавов. Разделение оксидной и солевой частей шлака осуществляется растворением последней в воде и последующим упариванием рассола.

Известен так же способ переработки алюминиевого шлака, включающий измельчение в размольном барабане, отделение металлического алюминия, после чего производят разделение оксидной и солевой части шлака. Далее осуществляют помол солевого шлака в барабанной мельнице с водой и после фильтрации рассол упаривают, а шлак повторно направляют на помол. Измельчение солевого шлака производят по многостадиальной схеме и после его отмывки шлак складируют (см. п. ФРГ № 2825806 от 13.06.78, МКИ С22В 7/04).

К недостаткам представленных способов следует отнести высокие энергозатраты на упаривание рассола и наличие в оксидной составляющей шлака остаточного металлического алюминия.

Наиболее близким к заявляемому, принятым за прототип является способ (пат. РФ №2132398, 1999, МКИ С22В 7/04, С22В 1/16), включающий измельчение, отделение металлического алюминия, разделение оксидной и солевой частей, отличающийся тем, что измельченный шлак после отделения металлического алюминия подвергают гранулированию с топливом, после чего осуществляют разделение оксидной и солевой частей шлака путем испарения солей в процессе спекания гранулированного материала при температуре выше температуры кипения солей. При этом спекание осуществляют при температуре ниже температуры плавления оксидного компонента.

К недостаткам прототипа следует отнести высокие энергетические затраты, обусловленные высокой температурой испарения солевой составляющей.

Технической задачей изобретения является сокращение энергозатрат. Поставленная техническая задача достигается за счет того, что в способе переработки алюминиевого шлака, включающем его измельчение, выделение металлического алюминия, смешение со вторым компонентом, спекание, разделение оксидной и солевой составляющей, отличается тем, что второй компонент содержит окислы железа, а фракционирование оксидной, солевой и металлизированной составляющих осуществляют по плотности, крупности и магнитной восприимчивости.

В качестве второго компонента используют отходы производства глинозема - красные шламы, при этом соотношение компонентов шлак алюминиевый:второй компонент выдерживают в пределах 1:1-5, а спекание ведут при температуре 800-900°С.

Кроме того, предварительное фракционирование осуществляют в восходящем потоке с переменным гидродинамическим режимом, при скорости 20-50 м/час.

Сущность заявляемого технического решения состоит в том, что алюминиевые шлаки вторичной переработки неизбежно содержат, кроме Al₂O₃ - хлориды щелочных металлов и остаточные количества алюминия в металлической форме до 8%. Последнее крайне затрудняет их возврат в глиноземное производство в качестве исходного сырья из-за высокой вероятности выделения водорода. Металлический алюминий, содержащийся в шлаке для заявляемого способа играет роль восстановителя оксидов железа в магнетит или элементарное железо. Кроме того, этот процесс экзотермический по своей природе, что обеспечивает его экономичность и возможность реализации в режиме самораспространяющегося высокотемпературного синтеза. Спек, свободный от элементарного алюминия, может быть легко разделен на магнитную и немагнитную составляющие. Использование восходящего потока с переменным гидродинамическим режимом в качестве предварительной операции перед магнитной сепарацией преследует две цели: выделение солевой составляющей в раствор хлоридов щелочных металлов и отделение дисперсной составляющей оксида алюминия. Магнитный продукт концентрат с высоким содержанием железа - полноценный компонент сырья черной металлургии. Смесь обогащенная оксидом алюминия - возврат в глиноземное производство. Сумма хлоридов, выделенная из раствора - флюс для вторичной переработки алюминиевого лома.

Сущность заявляемого способа поясняется примерами.

Пример 1. Использована муфельная лабораторная печь сопротивления. 0,5 кг алюминиевого шлака состава: KCl - 22%, NaCl - 13%, Al₂O₃ - 34%, SiO₂ - 3,5%, CaO - 1,9%, MgO - 4,8%, Zn - 0,6%, CuO - 0,4%, алюминий металлический - 11%, Fe₂O₃ - 2,6%, смешали в алундовом тигле с мелкодисперсным оксидом железа(III) в количестве 0,5 кг. Спекание вели в течение 0,5 часа. После охлаждения до комнатной температуры спек повергали магнитной сепарации. Продукты фракционирования исследовали на дифрактометре с высоким разрешением фирмы «Сименс». Результаты характерных режимов представлены в Таблице 1.

Таблица 1
№	Температура, °С	Время, мин	Фазы контроля процесса
1	700	30	Fe2O3, Al2O3, NaCl, KCl
2	800	30	Fe3O4, Fe, Fe2O3, Al2O3, NaCl, KCl

3	900	30	Fe3O4, Fe, Al2O3, NaCl, KCl
4	1000	30	Fe3O4, Fe, Al2O3, NaCl, KCl

Пример 2. Использована муфельная лабораторная печь сопротивления. В качестве второго компонента использовался красный шлам Богословского алюминиевого завода состава 40% Fe₂O₃, 10% SiO₂, 14% CaO, 4% TiO₂, 15% Al₂O₃, 4% Na₂O. Магнитную сепарацию продуктов спекания осуществяляли с использованием барий-ферритовых магнитов. Результаты характерных опытов представлены в таблице 2.

Таблица 2
№	Соотношение компонентов	Начальный разогрев, °С	Выход магнитной фазы от теоретического, %
1	1: 1	600	35
2	1:2	700	41
3	1:3	800	75
4	1:4	900	75
5	1:5	900	77
6	1:6	1000	69

Пример 3. Для предварительного фракционирования спека использована пилотная лабораторная установка, представленная на фиг.1 Спек равномерными порциями загружался в пульсационную (1 - пульсатор) колонну (2), работающую в замкнутом цикле с коническим отстойником (3). Осветленный раствор отстойника возвращался в колонну для создания восходящего потока перистальтическим насосом (4). Твердая фаза нижней разгрузки пульсационной колонны подвергалась магнитной сепарации. Раствор, циркулирующий в системе колонна - отстойник, после насыщения выводился для упарки на кристалл. Результаты исследований представлены в таблице.4.

Таблица 4
№	Скорость, м/ч	Содержание Fe	Содержание Al	Извлечение NaCl и KCl
1	17	51	43	83
2	20	55	47	85
3	50	56	49	86
4	55	49	48	83

Таким образом, реализация заявляемого технического решения приводит к снижению энергозатрат и обеспечивает утилизацию одновременно двух техногенных отходов: алюминиевого шлака вторичной переработки и красного шлама-отхода производства глинозема. Регенерированные продукты: металлизированный (железно-окисный) порошок-крупка, алюмосиликат возвратный и флюс (смесь хлоридов натрия и калия). Для реализации способа в промышленном масштабе на высокотемпературной стадии процесса могут быть использованы вращающиеся трубчатые печи.

1. Способ переработки алюминиевого шлака, включающий его измельчение, выделение металлического алюминия, спекание, разделение оксидной и солевой составляющей, отличающийся тем, что перед спеканием остаток после выделения металлического алюминия смешивают с компонентом, содержащим окислы железа, разделение оксидной и солевой составляющей спека для выделения солевой составляющей оксида алюминия ведут с использованием восходящего потока с переменным гидродинамическим режимом в пульсационной колонне, работающей в замкнутом цикле с коническим отстойником, при этом осветленный раствор отстойника возвращают в колонну для создания восходящего потока, а твердую фазу нижней разгрузки пульсационной колонны подвергают магнитной сепарации.

2. Способ по п.1, отличающийся тем, что в качестве компонента, содержащего окислы железа, используют отходы производства глинозема в виде красных шламов, при этом соотношение шлак алюминиевый - красный шлам выдерживают в пределах 1:1-5, а спекание ведут при температуре 800-900°С.