автореферат диссертации по металлургии, 05.16.02, диссертация на тему:Физико-химические и технологические исследования комплексной переработки алюминийсодержащих отходов: стружки, шлака, гидроксидного осадка

005017835

На правах рукописи

Тужилин Алексей Сергеевич

ФИЗИКО-ХИМИЧЕСКИЕ И ТЕХНОЛОГИЧЕСКИЕ ИССЛЕДОВАНИЯ КОМПЛЕКСНОЙ ПЕРЕРАБОТКИ

АЛЮМИНИЙСОДЕРЖАЩИХ ОТХОДОВ: СТРУЖКИ, ШЛАКА, ГИДРОКСИДНОГО ОСАДКА

Специальность: 05.16.02-металлургия черных, цветных и редких металлов

АВТОРЕФЕРАТ диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

2 б ДПР 2012

Москва-2012

005017835

Работа выполнена в Федеральном государственном бюджетном учреждении науки Институте металлургии и материаловедения им. A.A. Байкова Российской академии наук.

Научный руководитель — доктор технических наук, профессор

Лайнер Юрий Абрамович

Официальные оппоненты:

Зайцев Борис Ефимович доктор химических наук, профессор, Российский университет дружбы народов, профессор кафедры общей химии РУДН

Соколов Владимир Алексеевич доктор технических наук, профессор, Национальный исследовательски технологический университет «МИСИС», профессор кафедры ЦМЗ

Ведущая организация - Федеральное государственное унитарное предприяти "Всероссийский научно-исследовательский институт минерального сырь им. Н.М.Федоровского" (ФГУП «ВИМС»)

Защита состоится «16 » мая 2012 г. в 12:00 на заседании диссертационног совета Д 002.060.03 в Федеральном государственном бюджетном учреждении науки Институте металлургии и материаловедения им. A.A. Байкова Российской академии наук по адресу: 119991, г. Москва, Ленинский проспект, 49.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Федеральног государственного бюджетного учреждения науки Института металлургии и материаловедения им. A.A. Байкова Российской академии наук

Автореферат разослан «_» апреля 2012 г.

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность работы. На предприятиях цветной металлургии и других граслях промышленности образуются миллионы тонн алюминийсодержащих гходов, которые, в основном, направляются в отвалы, существенно ухудшая «»логическую обстановку окружающих районов. К ним, например, относятся иоминиевая стружка, шлаки, образующиеся в процессе плавки вторичного иоминиевого сырья, и гидроксидные осадки, выделяющиеся при травлении номиниевых изделий. При хранении этих отходов на открытых шламовых полях эоисходит выщелачивание ионов алюминия, повышенное содержание которых шосит вред здоровью населения. Они занимают сотни гектаров плодородных ¡мель, которые не могут быть использованы для сельскохозяйственных нужд, [ежду тем в них содержатся такие ценные компоненты, как алюминий, оксиды поминия, кремния, хлориды щелочных металлов и др. Существующие способы ;реработки данных отходов не решают задач их комплексного использования и не гграняют экологические проблемы. Поэтому, актуальной задачей является «работка безотходных технологий утилизации алюминийсодержащих отходов с >мплексным извлечением ценных компонентов и ликвидации отвалов.

Цель работы заключается в создании эффективных способов комплексной ¡реработки алюминийсодержащих отходов: стружки, шлака, гидроксидного осадка получением глинозема, коагулянтов, и стройматериалов.

Задачами данной работы являются:

- изучение кинетики и механизмов взаимодействия металлического алюминия, эдящего в состав шлака и стружки, с растворами соляной кислоты различной >нцентрации;

- исследование физико-химических свойств гидроксохлорида алюминия;

- определение поведения основных составляющих системы алюмооксидный таток - №2СОз-СаСОз при спекании;

- выбор оптимальных условий получения глинозема из алюмооксидного татка;

- исследование возможности получения ГОХА определенной основности с пользованием различных нейтрализующих реагентов (известь, кальцинированная да, металлический алюминий);

- разработка аппаратурных и технологических схем комплексной переработки юминийсодержащих отходов: стружки, шлака, гидроксидного осадка с лучением глинозема, коагулянтов и стройматериалов;

- проведение технико-экономической оценки производства гидроксохлорида юминия из технического гидроксида алюминия и гидроксидного осадка.

Научная новизна работы.

1. Изучен химизм и механизмы взаимодействия металлического алюминия с створами соляной кислоты при различных температурах и времени растворения.

2. Определена совместная растворимость гидроксохлорида алюминия и орида натрия в водном растворе, построена диаграмма растворимости системы )ХА-МаС1-Н20.

3. Изучены физико-химические свойства ГОХА различной основности тотность, вязкость, температура замерзания) при различных концентрациях А1203 'астворе в интервале температур 0-90°С. \

4. Получены различные марки смешанных коагулянтов, которые показаг высокую эффективность при коагуляции различных типов воды.

5. Оптимизированы условия взаимодействия алюмооксидного остатк образующегося после содово-щелочного выщелачивания шлака, с карбоната\ натрия и кальция в интервале температур 673-1673 К.

Достоверность полученных результатов и выводов.

Достоверность сделанных выводов и полученных результат« подтверждается использованием различных методов физико-химического анализ При изучении химизма реакций, химического и фазового составов исходив материалов и конечных продуктов использованы методы химического рентгенофазового анализов, ИК-спектроскопия, атомно-эмиссионно спектрального анализа с индуктивно связанной плазмой. Термодинамичесю моделирование спекания системы алюмооксидный остаток - №2СОз - СаС< проведено с применением программного комплекса «Астра».

Практическая значимость работы.

Разработаны аппаратурные и технологические схемы комплексш переработки алюминийсодержащих отходов: стружки, шлака, гидроксидного осад] с получением глинозема, коагулянтов для очистки питьевых и сточных вод стройматериалов.

Внедрена в промышленность технология получения ГОХА из гидрокси, алюминия и соляной кислоты при атмосферных условиях с доведением полученно продукта до необходимой основности различными нейтрализующими реагента» (кальцинированная сода, известь) на Череповецком предприятии ООО «Северхи: пром» (акт о внедрении ИМЕТ РАН-ООО «Северхимпром» от 14.04.2009 г.).

Реализация предлагаемых решений позволит существенно уменьшить отвал и хранилища алюминийсодержащих отходов с извлечением из них ценнь компонентов, что окажет положительное влияние на экологическую экономическую ситуации в различных регионах Р.Ф.

Основные положения, выносимые на защиту:

1. Данные по кинетике взаимодействия алюминия с растворами солян( кислоты при различных температурах и времени реакции.

2. Исследования физико-химических свойств различных форм гидрокс хлорида алюминия.

3. Данные по совместной растворимости гидроксохлорида алюминия хлорида натрия в водном растворе в системе Г0ХА-ЫаС1-Н20.

4. Результаты термодинамического моделирования спекания систе\ алюмооксидный остаток - карбонат натрия - карбонат кальция и оптимальш условия спекания.

5. Технологии получения глинозема, коагулянтов и стройматериалов стружки, шлака и гидроксидного осадка.

Апробация результатов работы.

Основные результаты, изложенные в диссертации, докладывались следующих российских и международных конференциях:

5-м Международном конгрессе ЭКВАТЭК-2002. Вода: Экология и технолог (г. Москва, 2002 г.); 3-м международном конгрессе по управлению отхода! «Вэйспэк» (г. Москва, 2003 г.); XVII Менделеевском съезде по общей и прикладг 4

химии (г. Казань, 2003г.); 15-м международном симпозиуме 1С50ВА «Алюминиевая промышленность в мировой экономике: проблемы и тенденции развития» (г. Санкт-Петербург, 2004 г.); международной конференции, посвященной 75-летию ВАМИ (г. Санкт-Петербург, 2006 г.); международной научно-практической конференции Металлургия легких металлов. Проблемы и перспективы», МИСиС (г. Москва, 1004,2005,2006,2009 г.г.); всероссийской конференции по проблемам математики, информатики, физики и химии (Москва, 2005, 2009, 2010 г.г.); VI ежегодной онференции «Федеральное агенство по науке и инновациям», МИСиС (Москва, ;008 г.); 1-УШ Российской ежегодной конференции молодых научных сотрудников [ аспирантов, ИМЕТ РАН (г. Москва, 2004-2011 г.г.); VI международной онференции «Материалы и покрытия в экстремальных условиях: исследования, [рименение, экологически чистые технологии производства и утилизации изделий» Крым, Украина, 2010 г.); VIII конгрессе обогатителей стран СНГ, МИСиС (г. Досква, 2011 г.); Всероссийской научной конференции с международным участием, (освященной Международному году химии, РУДН (г. Москва, 2011 г.); XIX Менделеевском съезде по общей и прикладной химии (г. Волгоград, 2011 г.).

Публикации.

По теме диссертации опубликовано 28 работ, в том числе 6 статей в изданиях, екомендованных ВАК Минобрнауки России, получен 1 патент РФ.

Структура и объем работы.

Диссертация состоит из введения, 5 глав, выводов, списка использованной итературы, включающей 102 наименования, и 2-ух приложений. Работа изложена а 143 страницах машинописного текста, содержит 26 таблиц и 50 рисунков.

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во введении обосновывается актуальность рассматриваемой проблемы и юрмулируются цели и задачи диссертационной работы.

В первой главе рассмотрены характеристики различных алюминий-одержащих отходов и существующие способы их переработки, выбраны аправления проведенных исследований.

Анализ применяемых на практике и описанных в литературе методов ереработки алюминийсодержащих отходов: стружки, шлака, гидроксидного осадка, видетельствует об отсутствии рациональных технологий их комплексного спользования. В настоящее время алюминиевую стружку, в основном, вначале одготавливают для удаления железа, масла, влаги и др., а затем подвергают плавке, результате которой теряется значительное количество металла. Для получения же оагулянтов можно непосредственно использовать металлическую стружку, путем астворения ее в различных минеральных кислотах. Известные механические и ирометаллургические способы переработки алюминийсодержащих шлаков не гвечают экологическим требованиям и экономически неэффективны, поскольку не оеспечивают комплексного использования всех его составляющих. Поэтому, елесообразно перерабатывать шлаки с получением глинозема и стройматериалов, идроксидные осадки могут быть направлены на получение различных коагулянтов.

Во второй главе приведена характеристика алюминийсодержащих отходов. В 1честве объектов исследования выбраны алюминиевая стружка Хабаровского

предприятия, шлак металлургического комбината г. Белая Калитва (Ростовска обл.), и гидроксидный осадок Воронежского завода радиодеталей.

Описаны методы анализа, экспериментальные установки и методик выполнения физико-химических исследований. Химический состав стружки, шлак; и гидроксидного осадка определяли химическим, рентгенофазовым и спектральны методами анализа (табл. 1-3).

Таблица 1

Элементный состав стружки

А1 Бе Мп Си № 2п РЬ V

95,24 1,12 1,26 0,38 0,35 0,01 0,12 0,04 0,02

Таблица 2

Содержание основных компонентов шлака

Содержание, масс. %

А1 А1203 ЫаС1 КО МЙО 8Ю2 Ре203 СаО

14,0 52,20 8,88 4,49 3,25 5,10 0,7 0,38

Таблица 3

Содержание основных компонентов гидроксидного осадка

Содержание, масс. %

А1(ОН)з Ыа2(804) ЫаС1 Н20 Си Ре 81

78,5 2,5 6,9 12 0,01 0,07 0,02

В третьей главе рассмотрены физико-химические исследования г переработке алюминийсодержащих отходов.

В разделе 3.1. описано изучение кинетики взаимодействия металлическо1 алюминия с растворами соляной кислоты.

Эксперименты проводили при концентрациях соляной кислоты 0,5, 1,0 и 1, масс. % и температурах 70, 80 и 90 °С. Полученные результаты представлены в вщ зависимостей доли растворенного алюминия (а) от времени контакта с солянс кислотой (0 при различной ее концентрации (СНа) и температуры реакции (Т) I которых следует, что с повышением концентрации соляной кислоты и температур доля растворенного алюминия увеличивается (рис. 1 а-в).

Взаимодействие металлического алюминия с соляной кислотой можк описать следующими уравнениями:

А1 + ЗНС1 = А1С13+1,5Н2 (1)

А1С13+Н20 = А1(ОН)С12+НС1 (2)

2А1С13 + А1 + ЗН20 = ЗА1(ОН)С12 + 1,5Н2 (3)

А1(ОН)С12 + А1 + ЗН20 = 2А1(ОН)2С1 + 1,5Н2 (4)

А1203 + 4НС1 = 2А1(ОН)С12 + Н20 (5)

Данные зависимости отражают суммарное расходование алюминия г реакциям (1-5), протекающим последовательно-параллельно. Рассмотрено тг возможных механизма взаимодействия: мономолекулярный, бимолекулярный бимолекулярный с учетом поверхности алюминиевого порошка.

Были рассчитаны константы скорости реакции и проведена проверка адекватности каждого из механизмов (табл. 4).

Рис. 1. Изменение доли растворенного алюминия (а) от времени 0) при концентрациях соляной кислоты СНа = 0,5 (а), 1 (б), 1,5 (в) масс. % и температурах (Т) = 70 (1 (х)), 80 (2 (Д)), 90 (3 (о)) °С.

Таблица 4

Результаты обработки экспериментальных данных

Сцс1, Т,°С Константа Дисперсия Константа Дисперсия

масс. скорости ДЛЯ скорости для

% мономолекуляр- мономолеку- бимолекулярной бимолекуляр-

ной реакции, лярной реакции, ной реакции,

К], мин'1 реакции, в! К2, мин"1 о2

0,5 70 0,009 0,001 0,103 0,031

80 0,010 0,004 0,104 0,021

90 0,022 0,009 0,247 0,130

1,0 70 0,011 0,002 0,025 0,004

80 0,018 0,001 0,134 0,025

90 0,031 0,006 0,703 0,325

1,5 70 0,012 0,001 0,074 0,009

80 0,020 0,003 0,129 0,008

Исходя из полученных результатов, был принят мономолекулярный механизм. Значения энергии активации, рассчитанные по уравнению Аррениуса, лежат в пределах 50-100 кДж/моль, что свидетельствует о протекании процесса взаимодействия алюминия с соляной кислотой в кинетической области.

В разделе 3.2. приведены исследования по определению совместной растворимости гидроксохлорида алюминия и хлорида натрия в водном растворе, построена диаграмма растворимости системы ГОХА - ЫаС1 - Н20 (рис. 2). На данной диаграмме имеются области выделения ГОХА (область В), кристаллизации ЫаС1 (область Б), выделения ГОХА и №С1 (область Г) и область гомогенных растворов (область А). Из диаграммы следует, что чем выше концентрация ГОХА в растворе, тем меньше в нем может раствориться ЫаС1. В табл. 5 представлены экспериментальные данные по растворимости в тройной системе ГОХА - №С1-Н20.

Таблица 5

Экспериментальные данные по растворимости в системе ГОХА - ЫаС1 - Н20

№ точки на диаграмме Состав раствора, масс. %

ГОХА ЫаС1 Н20

1 10 7,7 82,3

2 16,0 7,3 76,7

3 18,6 7,1 74,3

4 18,8 9,0 72,2

5 23,8 11,0 65,2

6 32,0 7,0 61,0

7 36,7 6,5 56,8

8 37,5 12,2 50,3

Н20

А— область гомогенныхрастворов Б—область кристалл1пации№С1 В— область выделенияГОХА Г—область совместного выделенияГОХА н №С1

Рис. 2. Диаграмма растворимости в системе ГОХА - №С1 - Н20

В разделе 3.3. представлены данные по физико-химическим свойствам ГОХА различной основности (рис. 3-6).

Из графиков (рис. 3, 4) видно, что с увеличением температуры от 0 до 90° С вязкость уменьшается с 25 до 1 мПа-с, а с повышением концентрации А1203 с 7,7 до 20,5 масс. % - возрастает. Аналогичные результаты были получены по плотности растворов ГОХА (рис. 5,6). Имеющиеся перегибы (рис. 4,6) связаны с увеличением степени полимеризации основной соли.

В табл. 6 представлены данные по содержанию полимерных составляющих в растворах ГОХА различной основности.

О 2« 40 60 80 100

Т,°С

Рис. 3. Зависимость вязкости растворов ГОХА (ц) от температуры (Т) для различных концентраций А120з: С(А1203) = 7,7(1), 11,7(2), 14,8(3), 20,5 (4), масс. %.

25

20

у 15 ■ й

4 10

5 ■

0 +■ 7

Рис. 4. Зависимость вязкости растворов ГОХА (ц) от концентрации А1203 для различных температур: (Т) = 90(1), 80(2), 70(3), 60(4), 50(5), 40(6), 30(7), 20(8), °С

10 13 16

Концентрация AI.O,, масс.%

19

Рис. 5. Зависимость плотности растворов ГОХА (р) от температуры (Т) для различной концентраций А1203: С(А120з) = 7,7(1), 11,7(2), 14,8(3), 20,5 (4), масс. %

1400

1300 -

2 1200 а.

1100

1000

10 15 20 25

Концентра цияА120„ м;«сс.°/о

30

Рис. 6. Зависимость плотности растворов ГОХА (р) от концентрации А1203 для различных температур: (Т) = 90(1), 70(2), 50(3), 30(4), 10(5), °С

Таблица 6

Содержание полимерных составляющих_

Основность ГОХА Al, масс. %

мономеры олигомеры полимеры

А1(ОН)С12 (низкоосновный) 95,7 4,3 -

А1(ОН)2С1 (среднеосновный) 58 19,7 22,3

А!2(ОН)5С1 (высокоосновный) 27,5 13,5 59,0

В разделе 3.4. приведены результаты исследований по синтезу смешанных коагулянтов. Были синтезированы различные варианты смешанных коагулянтов:

1) 70 % ГОХА + 10 % FeCl3 + 20 % A12(S04)3;

2) 50 % ГОХА + 15 % FeCl3 + 35 % A12(S04)3;

3) 30 % ГОХА + 10 % FeCl3 + 60 % A12(S04)3.

Наиболее стабильной оказалась композиция, содержащая 70 % ГОХА, в которой растворы сохраняли свои свойства в течение 1-2 месяцев.

Нами предлагается получать три марки смешанного коагулянта: «А», «Б» и «С». Для получения смешанного коагулянта марки «А» необходимы растворы среднеосновного ГОХА, сульфата алюминия и хлорида железа. Для производства смешанного коагулянта марки «Б» применяются те же растворы, только вместо среднеосновного используется низкоосновный ГОХА. Смешанный коагулянт марки «С» может быть получен путем смешения раствора низкоосновного ГОХА с сернокислым железом. Исследования по коагуляции полученных продуктов проводились совместно с сотрудниками Московского энергетического института (к.х.н. Васиной Л.Г. и др.). Было установлено, что эффективность коагуляции воды Пироговского водохранилища при использовании смешанных коагулянтов значительно превышает эффективность коагуляции отдельно взятых сернокислого алюминия и ГОХА по скорости осаждения хлопьев, а также по качеству осветленной воды (табл. 7).

Таблица 7

Эффективность коагуляции воды Пироговского водохранилища

Коагулянт Скорость осаждения хлопьев, мм/с Качество осветленной воды

рН Fe, мкг/л Al, мкг/л Окисл., мг02/л Мутн., мг/л Цвета., град.

Состав исходной воды 7,48 175 45 10,4 0,3 59,5

A12(S04)3 0,55 6,44 76 170 5,3 0,04 7,3

ГОХА 0,52 6,88 31,0 137 2,9 0,03 5,5

Смешанный коагулянт 0,65 7,02 16 67 2,6 0,01 5,0

Выявленные преимущества смешанных коагулянтов свидетельствуют о возможности существенного повышения эффективности коагуляции различных природных вод и говорят о перспективности их применения в промышленности.

В четвертой главе предложены технологии переработки алюминий-содержащих отходов: стружки, шлака, гидроксидного осадка с получением коагулянтов, глинозема, стройматериалов.

В разделе 4.1. описаны кислотный и щелочно-кислотный способы переработки алюминиевой стружки с получением гидроксохлорида алюминия. Как правило, стружка загрязнена маслом, нефтепродуктами и смазочно-охлаждающей жидкостью (СОЖ). Для ее очистки нами использовался 1% раствор натриевой щелочи, что связано с его низкой стоимостью, отсутствием токсичности и взрывоопасное™, широким употреблением. Полученные щелочные растворы направляются на очистные сооружения, где они отделяются от органических примесей методом коагуляции. В качестве реагентов используются гидроксохлориды алюминия, производимые на том же предприятии. Очищенная стружка может быть переработана кислотным способом, путем растворения ее в соляной кислоте, а при наличии значительного количества примесей - щелочно-кислотным методом, который основан на взаимодействии стружки с водным раствором гидроксида натрия. При этом основная часть примесей, содержащихся в стружке, не растворяется и после фильтрации остается в кеке. Выделенный гидролизом из щелочного раствора гидроксид алюминия растворяется в соляной кислоте с получением ГОХА различной основности. Данные коагулянты были опробованы в процессе очистки воды рек Амур и Волга и дали положительные результаты по таким показателям качества очищенной воды, как содержание остаточного алюминия, окисляемость, цветность, мутность и др.

В разделе 4.2. представлена технология переработки шлаков с получением глинозема, коагулянтов и стройматериалов. После водного выщелачивания для извлечения хлоридов натрия и калия из шлака в раствор и последующего выщелачивания шлама содово-щелочными растворами для перевода алюминия в алюминат натрия, оксид алюминия и другие ценные компоненты остаются в остатке. Проведено термодинамическое моделирование спекания алюмооксидного остатка с карбонатами натрия и кальция. Равновесные параметры и фазовый состав системы апюмооксидный остаток - Ыа2С03 - СаС03 рассчитаны при стехиометрическом соотношении компонентов в интервале температур 673-1673 К. Основным процессом, происходящим при спекании остатка, является взаимодействие фаз карбоната натрия и оксида алюминия, в результате которого образуется алюминат натрия (рис. 7). В интервале температур 1073-1473 К наблюдается широкая область устойчивости алюмината натрия:

А1203 + Ыа2С03 2ЫаА!02 + С02| (6)

Полученный равновесный фазовый состав исследуемой системы подтверждается результатами рентгенофазового анализа спеков алюмооксидного остатка.

Были проведены экспериментальные исследования по спеканию алюмооксидного остатка с карбонатами натрия и кальция с получением оксида алюминия. В оптимальных условиях спекания при молярных соотношениях

Na20/Al203 = 1,0; Ca0/Si02 = 2,0 в интервале температур 1200 - 1300 °С в течение 50-70 мин. и выщелачивания спеков содово-щелочными растворами при Т:Ж=1:4, температуре 65-70 °С в течение 60 минут получен раствор с ак=1,4 с извлечением оксида алюминия - 92% (рис. 8). Для получения глинозема необходимого качества алюминатный раствор подвергали обескремниванию, а затем карбонизации смесью газов, содержащих 15% С02 и 85% Аг, в течение 1,5-2 часов. Последующая кальцинация гидроксида алюминия при Т=1200°С позволила получить металлургический глинозем, который соответствует марке Г-0 по ГОСТ 30558-98.

Рис. 7. Зависимость изменения равновесного состава конденсированных фаз системы алюмооксидный остаток - Ыа2С03 - СаС03 от температуры спекания

Т,°С

Рис. 8. Зависимость степени извлечения А1203 от температуры спекания

В разделе 4.3. описана технология переработки технического гидроксида алюминия с получением гидроксохлорида алюминия различных модификаций. Процесс получения ГОХА состоит из двух стадий:

- взаимодействие гидроксида алюминия с соляной кислотой при температуре кипения и атмосферном давлении;

- нейтрализация образующегося на 1 стадии кислого раствора различными щелочными реагентами (металлический алюминий, оксид кальция, кальцинированная сода).

Использование металлического алюминия позволяет получать ГОХА определенных форм: низкоосновный, среднеосновный и высокоосновный. Применяя кальцинированную соду в качестве нейтрализующего реагента можно получить как низкоосновный, так и смесь низкоосновного и среднеосновного продуктов. Нейтрализация раствора ГОХА оксидом кальция позволяет получать более широкую гамму различных модификаций ГОХА, что связано с высокой растворимостью образующегося в процессе нейтрализации хлорида кальция в растворах ГОХА.

В пятой главе на основании литературных и экспериментальных данных предложены аппаратурные и технологические схемы комплексной переработки алюминийсодержащих отходов. На рис. 9 представлена технологическая схема переработки шлака с получением глинозема, коагулянтов и стройматериалов. После водного выщелачивания шлак может быть подвергнут взаимодействию с соляной кислотой и направлен на получение коагулянта - гидроксохлорида алюминия, а образующийся остаток от выщелачивания - на производство цемента. Солевой раствор можно использовать как регенерирующий для катионитовых смол в технологии умягчения воды взамен технической соли или выпаривать с получением возвратного флюса. Другой вариант состоит в содово-щелочном выщелачивании шлама после водной отмывки шлака. При этом алюминий переходит в алюминатный раствор, а алюмооксидный остаток подвергается спеканию с содой и известняком. Образующийся кек от выщелачивания направляется на получение стройматериалов, а алюминатный раствор - в общий технологический цикл. После обескремнивания, карбонизации и кальцинации получают продукционный глинозем, а содовые растворы после каустификации направляют на выщелачивание шлама. Использование такого шлака позволит применять сырье с более высоким кремневым модулем, чем высококремнистые бокситы и нефелины, что приведет к увеличению производительности технологического оборудования и снижения расхода тепла на единицу продукции. Переработка такого шлака хорошо вписывается в технологию получения глинозема способом спекания.

На рис. 10 представлена аппаратурная схема получения ГОХА из гидроксида алюминия и соляной кислоты при атмосферных условиях с доведением полученного продукта до определенной основности различными нейтрализующими реагентами. Данная технология была реализована на Череповецком предприятии ООО «Северхимпром».

Шлак

раствор

Рис. 9. Технологическая схема переработки алюминийсодержащего шлака с получением глинозема, коагулянтов и стройматериалов

1Г 1,, 3,4- реактора: 2, 5 - накопительные емкости: 6-10, 16-18 - насосы;

11 - мерник; 12 - теплообменник-конденсатор; 13 - фаторазделитель;

14 - абсорбционная колонна; 15 - циркуляционная емкость.

Рис. 10. Аппаратурная схема получения ГОХА из гидроксида алюминия и соляной кислоты с последующей нейтрализацией кальцинированной содой

Примером эффективного использования алюминийсодержащих отходов может явиться замена технического гидроксида алюминия на гидроксидный осадок при получении коагулянтов, как следует из проведенной технико-экономической оценки. Установлено, что гидроксидный осадок в 2 раза быстрее взаимодействует с соляной кислотой, чем технический гидроксид алюминия.

Было рассмотрено 2 варианта организации производства: 1 вариант - без увеличения объемов производства ГОХА, 2 вариант - с увеличением объема производства ГОХА с 5 до 10 тыс. тонн/год.

По 1 варианту основное снижение себестоимости происходит за счет применения в качестве сырья вдвое более дешевого отхода, чем используемого ранее в технологии технического гидроксида алюминия. Также за счет вывода в резерв одного из двух реакторов (1, или 12), используемых для растворения гидроксида алюминия (рис. 10), сократятся расходы на содержание и эксплуатацию оборудования на 5%, а за счет ускорения процесса растворения гидроксидного осадка в соляной кислоте, энергозатраты уменьшатся на 11%. Общее снижение себестоимости составит 11,3%.

По 2 варианту для обеспечения сбалансированности аппаратурной схемы, необходимо переоборудовать накопительную емкость 2 в реактор-нейтрализатор (рис. 10). В этом случае, общая производительность установки удвоится за счет применения в качестве сырья гидроксидного осадка. Общее снижение себестоимости составит 20,7%.

Годовая экономия средств за счет удвоения объемов производства ГОХА составит 7312,1 тыс. руб. Срок окупаемости капитальных вложений на переоборудование -1 месяц.

ВЫВОДЫ

1. Проведены физико-химические и технологические исследования комплексной переработки алюминийсодержащих отходов: стружки, шлака, гидроксидного осадка с получением глинозема, коагулянтов и стройматериалов.

2. Изучена кинетика взаимодействия металлического алюминия с соляной кислотой для концентрации последней 0,5, 1,0 и 1,5 масс. % при температурах 70, 80, 90° С. Определены механизмы взаимодействия алюминия с соляной кислотой, установлено, что мономолекулярный наиболее адекватно описывает экспериментальные данные.

3. Построена диаграмма растворимости системы ГОХА - ЫаС1 - Н20. Показано, что чем выше концентрация ГОХА в растворе, тем меньше в нем может раствориться ЫаС1.

4. Получены данные по физико-химическим свойствам (вязкость, плотность, температура замерзания) растворов гидроксохлорида алюминия различной основности. Установлено, что с повышением температуры от 0 до 90 °С вязкость и плотность растворов ГОХА снижается, а с повышением концентрации А1203 с 7,7 до 20,5 масс. % - возрастает.

5. Проведено термодинамическое моделирование спекания системы алюмо-оксидный остаток - карбонат натрия - карбонат кальция. Рассчитаны равновесные параметры и фазовый состав системы в интервале температур 673-1673 К. Определена температурная область устойчивости целевого продукта взаимодействия - алюмината натрия, которая составляет 1073-1473 К.

6. Экспериментально изучены и определены оптимальные условия спекания алюмооксидного остатка, образующегося после содово-щелочного выщелачивания шлака, с карбонатами натрия и кальция: при молярных соотношениях в шихте №20/А1203 =1,0, СаО/БЮ2 =2,0, в интервале температур 1200-1250°С, продолжительности 60 минут достигнуто извлечение А1203 в алюминатный раствор более 90%.

7. Разработаны технологии комплексной переработки стружки, шлака, гидроксидного осадка с получением глинозема, коагулянтов и стройматериалов.

Внедрена в промышленность технология получения гидроксохлорида алюминия из гидроксида алюминия и соляной кислоты на предприятии ООО «Северхимпром» (г. Череповец). Проведена сравнительная технико-экономическая оценка затрат на производства ГОХА из технического гидроксида алюминия и гидроксидного осадка, которая показала эффективность использования последнего.

Предлагаемые решения позволят значительно уменьшить количество рассматриваемых алюминийсодержащих отходов, что улучшит экологическую обстановку.

Основное содержание диссертации отражено в следующих печатных работах:

1. Лайнер Ю.А. Изучение кинетики взаимодействия металлического алюминия с соляной кислотой / Ю.А. Лайнер, A.C. Тужилин, Л.М. Сурова // Известия вузов. Цветная металлургия, 2003. № 3. С. 23-26.

2. Лайнер Ю.А. Комплексная переработка алюминийсодержащих отходов с получением глинозема, коагулянтов и стройматериалов / Ю.А. Лайнер, A.C. Тужилин, С.П. Перехода, E.H. Самойлов, Т.Н. Ветчинкина // Известия вузов. Цветная металлургия, 2004. № 3. С. 40-50.

3. Тужилин A.C. Физико-химические свойства гидроксохлоридов алюминия различной основности / A.C. Тужилин, Ю.А. Лайнер, Л.М. Сурова // Известия вузов. Цветная металлургия, 2006. № 2. С. 14-18.

4. Тужилин A.C. Синтез и исследование различных форм гидроксохлорида алюминия, полученного из алюминийсодержащих отходов / A.C. Тужилин, Ю.А. Лайнер, Л.М. Сурова // Химическая технология, 2006. №9. С. 2-6.

5. Тужилин A.C. Щелочно-кислотный способ переработки алюминиевой стружки с получением гидроксохлорида алюминия / A.C. Тужилин, Ю.А. Лайнер, Л.М. Сурова, В.Н. Суров // Известия вузов. Цветная металлургия, 2010. № 4. С. 2227.

6. Лайнер Ю.А. Физико-химические и технологические основы ресурсосберегающих и экологически чистых технологий комплексной переработки алюминийсодержащего сырья / Ю.А. Лайнер, В.А. Резниченко, A.C. Тужилин, Т.Н. Ветчинкина, С.А. Тодоров // Технология металлов, 2007. №6. С. 2 -11.

7. Тужилин A.C. Физико-химические основы и способы переработки литейных шлаков с получением глинозема, коагулянтов и стройматериалов / A.C. Тужилин, Ю.А. Лайнер, Л.М. Сурова // Доклады международной научно-практической конференции. Металлургия легких металлов. Проблемы и перспективы. Москва: МИСиС, 2006. С. 484-486.

8. Тужилин A.C. Физико-химические свойства гидроксохлорида алюминия различной основности, полученные из алюминийсодержащих отходов / A.C. Тужилин, Ю.А. Лайнер, В.А. Волченкова, Л.М. Сурова II Доклады международной научно-практической конференции «Металлургия легких металлов. Проблемы и перспективы». Москва: МИСиС, 2006. С. 153-155.

9. Тужилин A.C. Комплексная переработка литейных шлаков / A.C. Тужилин, Ю.А. Лайнер, Л.М. Сурова // Материалы Всероссийской научно-технической конференции с международным участием «Научные основы химии и технологии

19

переработки комплексного сырья и синтеза на его основе функциональных материалов». Апатиты, 2008. Ч. 2. С. 214 - 218.

10. Лайнер Ю.А. Научные и технологические основы комплексной переработки алюминийсодержащих отходов / Ю.А. Лайнер, E.H. Самойлов, Т.Н. Ветчинкина, A.C. Тужилин, С.П. Перехода // Материалы VI ежегодной конференции. Федеральное агенство по науке и инновациям. Москва: МИСиС, 2008. С. 26-32.

11. Тужилин A.C. Взаимодействие алюминиевой стружки и литейных шлаков со щелочами и кислотами с получением глинозема, коагулянтов и стройматериалов / A.C. Тужилин, А.Д. Изотов, Ю.А. Лайнер, И.Г. Горичев // Доклады XLVI Всероссийской конференции по проблемам математики, физики и химии. Москва: РУДН, 2010. С.11-12.

12. Тужилин A.C. Синтез смешанных коагулянтов / A.C. Тужилин, Ю.А. Лайнер, Л.М. Сурова, А.Д. Изотов // Доклады Всероссийской научной конференции с международным участием, посвященной Международному году химии «Успехи синтеза и комплексообразования». Москва: Российский университет дружбы народов, 2011.С. 307-308.

13. Лайнер Ю.А. Физико-химические и технологические основы комплексной переработки алюминийсодержащих отходов / Ю.А. Лайнер, Г.А. Мильков, A.C. Тужилин // Труды научно-технической конференции посвященной 310 летию Уральской металлургии и созданию технико-экономического центра металлургии и тяжелого машиностроения «Проблемы и перспективы развития металлургии и машиностроения с использованием завершенных фундаментальных исследований и НИОКР». Москва: МИСиС, 2011. Т. 2. С. 581-587.

14. Патент РФ № 2300499. Способ получения гидроксохлорида алюминия из технического гидроксида алюминия и соляной кислоты. / Н.П. Лякишев, Ю.А. Лайнер, Л.М. Сурова, В.Н. Суров, P.M. Лябихов, М.В. Пелехов, A.C. Тужилин, A.A. Соболевский, Л.Г. Васина. Опубл. 10.06.2007. Бюл. №16.

Подписано к печати 10.04.2012 г. Формат бумаги А5.3аказ №05-2012. Тираж 100 экз. Объем. 1 п.л.Отпечатано ООО «Интерконтакг Наука»: 119991 Москва, Ленинский пр.49, тел./факс: (499)135-45-40. E-mail.pm@imet.ac.ru

61 12-5/2515

ФЕДЕРАЛЬНОЕ ГОСУДАРСТВЕННОЕ БЮДЖЕТНОЕ УЧРЕЖДЕНИЕ НАУКИ ИНСТИТУТ МЕТАЛЛУРГИИ И МАТЕРИАЛОВЕДЕНИЯ ИМ. A.A. БАЙКОВА РОССИЙСКОЙ АКАДЕМИИ НАУК

На правах рукописи

ТУЖИЛИН АЛЕКСЕЙ СЕРГЕЕВИЧ

ФИЗИКО-ХИМИЧЕСКИЕ И ТЕХНОЛОГИЧЕСКИЕ ИССЛЕДОВАНИЯ КОМПЛЕКСНОЙ ПЕРЕРАБОТКИ АЛЮМИНИЙСОДЕРЖАЩИХ ОТХОДОВ: СТРУЖКИ, ШЛАКА, ГИДРОКСИДНОГО ОСАДКА

Специальность: 05.16.02 - Металлургия черных, цветных и редких металлов

ДИССЕРТАЦИЯ на соискание учёной степени кандидата технических наук

Научный руководитель: доктор технических наук, профессор

Лайнер Юрий Абрамович

Москва-2012

СОДЕРЖАНИЕ

Введение 5 Глава 1. Алюминийсодержащие отходы - перспективное сырье

для получения ряда ценных продуктов 10

1.1. Характеристика алюминийсодержащих отходов 10

1.1.1. Лом и кусковые отходы 10

1.1.2. Стружка и съемы 11

1.1.3. Гидроксидные осадки 13

1.1.4. Алюминийсодержащие шлаки 13

1.1.5. Прочие отходы 14

1.2. Существующие способы переработки алюминийсодержащих отходов 1^

1.2.1. Подготовка алюминийсодержащих отходов к плавке 16

1.2.2. Плавка алюминийсодержащих отходов 20

1.2.3. Переработка алюминийсодержащих шлаков 24

1.2.3.1. Механические способы переработки шлаков 24

1.2.3.2. Пирометаллургические способы переработки шлаков 27

1.2.3.3. Гидрометаллургические способы переработки шлаков 30

1.3. Выбор основного направления исследований 33 Глава 2. Методика экспериментальных исследования 37

2.1. Характеристика объектов исследования 37

2.2. Описание лабораторных установок 39

2.2.1. Описание установки по изучению кинетики взаимодействия металлического алюминия с соляной кислотой 39

2.2.2. Описание установки по выщелачиванию алюминийсодержащих отходов: стружки, шлака, гидроксидного осадка в кислотных и щелочных растворах 41

2.2.3. Описание установки по выделению гидроксида алюминия карбонизацией 43

2.3. Методики проведения химических анализов 44

Глава 3. Физико-химические исследования переработки

алюминийсодержащих отходов 48

3.1. Изучение кинетики взаимодействия металлического алюминия

с соляной кислотой 48

3.2. Изучение совместной растворимости гидроксохлорида алюминия (ГОХА) и хлорида натрия в водном растворе 53

3.3. Синтез гидроксохлоридов алюминия различной основности

и исследование их физико-химических свойств 55

3.4. Синтез смешанных коагулянтов 65 3.4.1. Оценка эффективности коагуляции различных вод смешанными

коагулянтами 69

3.5. Выводы 72 Глава 4. Комплексная переработка алюминийсодержащих отходов

с получением глинозема, коагулянтов и стройматериалов 74

4.1. Щелочно-кислотный способ переработки алюминиевой стружки

с получением гидроксохлорида алюминия 74

4.1.1. Исследование коагуляционных свойств гидроксохлоридов

алюминия различной основности и оценка их эффективности 79

4.2. Переработка шлака с получением глинозема и стройматериалов 85

4.2.1. Выщелачивание шлака двухстадийным способом 85

4.2.2. Термодинамическое моделирование системы алюмооксидный остаток - карбонат натрия - карбонат кальция 86

4.2.3. Получение глинозема и стройматериалов из алюмооксидного спека. 97

4.3. Переработка технического гидроксида алюминия и гидроксидного осадка с получением ГОХА 1

4.3.1. Взаимодействие технического гидроксида алюминия и гидроксидного осадка с соляной кислотой

с получением низкоосновного ГОХА 102

105

107

4.3.2. Разработка оптимального режима получения ГОХА различных

модификаций с использованием нейтрализующих реагентов 105

4.3.2.1. Нейтрализация кислого раствора ГОХА металлическим алюминием

4.3.2.2. Нейтрализация кислого раствора ГОХА кальцинированной

содой

4.3.2.3. Нейтрализация кислого раствора ГОХА оксидом кальция 108

4.4. Выводы 109

Глава 5. Разработка технологий комплексной переработки

алюминийсодержащих отходов: стружки, шлака, гидроксидного

осадка

5.1. Принципиальные аппаратурные и технологические схемы комплексной переработки алюминийсодержащих отходов: стружки, шлака, гидроксидного осадка

5.2. Сравнительная технико-экономическая оценка затрат на производство ГОХА из технического гидроксида алюминия и гидроксидного осадка

5.3. Выводы

111

111

119 125

127

Общие выводы

129

Список литературы

Приложение 1 Приложение 2

138 142

ВВЕДЕНИЕ Актуальность работы

На предприятиях цветной металлургии и других отраслях промышленности образуются миллионы тонн алюминийсодержащих отходов, которые, в основном, направляются в отвалы, существенно ухудшая экологическую обстановку окружающих районов. К ним, например, относятся алюминиевая стружка, шлаки, образующиеся в процессе плавки вторичного алюминиевого сырья, и гидроксидные осадки, выделяющиеся при травлении алюминиевых изделий. При хранении этих отходов на открытых шламовых полях происходит выщелачивание ионов алюминия, повышенное содержание которых наносит вред здоровью населения. Они занимают сотни гектаров плодородных земель, которые не могут быть использованы для сельскохозяйственных нужд. Между тем, в них содержатся такие ценные компоненты, как алюминий, оксиды алюминия, кремния, хлориды щелочных металлов и др. Существующие способы переработки данных отходов не решают задач их комплексного использования и не устраняют экологические проблемы. Поэтому, актуальной задачей является разработка безотходных технологий переработки алюминийсодержащих отходов с комплексным извлечением ценных компонентов и ликвидацией отвалов.

Цель и задачи работы

Цель работы заключается в создании эффективных способов комплексной переработки алюминийсодержащих отходов: стружки, шлака, гидроксидного осадка с получением глинозема, коагулянтов и стройматериалов.

Задачами данной работы являются:

- изучение кинетики и механизмов взаимодействия металлического алюминия, входящего в состав шлака и стружки, с растворами соляной кислоты различной концентрации;

- исследование физико-химических свойств гидроксохлорида алюминия (ГОХА) различной основности (плотность, вязкость, температура замерзания, содержание полимерных комплексов);

определение поведения основных составляющих системы алюмооксидный остаток - Ыа2С03 - СаСОз при спекании;

- выбор оптимальных условий получения глинозема из алюмооксидного

остатка;

- исследование возможности получения ГОХА определенной основности с использованием различных нейтрализующих реагентов (металлический алюминий, кальцинированная сода, оксид кальция);

- разработка аппаратурных и технологических схем комплексной переработки алюминийсодержащих отходов: стружки, шлака, гидроксидного осадка с получением глинозема, коагулянтов и стройматериалов;

- проведение сравнительной технико-экономической оценки производства гидроксохлорида алюминия из технического гидроксида алюминия и гидроксидного осадка.

Научная новизна работы

1. Впервые изучен химизм и рассмотрены возможные механизмы взаимодействия металлического алюминия с растворами соляной кислоты при различных ее концентрациях и температурах реакций. Рассчитаны кинетические параметры процесса растворения. Установлено, что взаимодействие алюминия протекает последовательно-параллельно с образованием хлорида и гидроксохлоридов алюминия различной основности по

мономолекулярному механизму.

2. Проведены исследования по определению совместной растворимости гидроксохлорида алюминия и хлорида натрия в водном растворе. Впервые построена диаграмма растворимости системы Г0ХА-№С1-Н20, на которой имеются области выделения ГОХА, кристаллизации ШС1, выделения ГОХА и КаС1 и область совместного существования гомогенных растворов гидроксохлорида алюминия и хлорида натрия.

3. Получены новые данные по физико-химическим свойствам ГОХА различной основности: плотности, вязкости, температуре замерзания. Впервые определено содержание алюминия в виде полимерных комплексов в гидроксохлоридах алюминия различной основности: алюминий в низкоосновном растворе ГОХА представлен в основном мономерами, в среднеосновном содержатся мономеры, олигомеры, полимеры, а в высокоосновном продукте преобладают полимеры.

4. Синтезированы различные виды смешанных коагулянтов на основе ГОХА и различных солей алюминия и железа. Впервые найдены такие соотношения компонентов, которые позволяют получать продукты, сохраняющие свои коагуляционные свойства в течение длительного времени.

5. Проведен термодинамический анализ спекания алюмооксидного остатка после содового выщелачивания шлака с карбонатами натрия и кальция в интервале температур 673-1673 К. Получены качественные и количественные характеристики равновесных составов фаз сложной многокомпонентной системы алюмооксидный остаток - Ма2С03 - Ма2С03. Проанализирована температурная зависимость изменения равновесного состава конденсированных и газовых фаз рассматриваемой системы, определена температурная область устойчивости целевого продукта взаимодействия -алюмината натрия. Экспериментально изучены и определены оптимальные условия спекания алюмооксидного остатка с карбонатами натрия и кальция.

Достоверность полученных результатов и выводов

Достоверность сделанных выводов и полученных результатов подтверждается использованием различных методов физико-химического анализа. При изучении химизма реакций, химического и фазового составов исходных материалов и конечных продуктов использованы методы химического и рентгенофазового анализов, ИК-спектроскопии, атомно-эмиссионного спектрального анализа с индуктивно связанной плазмой. Термодинамическое моделирование спекания системы алюмооксидный остаток - Ыа2СОз - СаСОз проведено с применением программного комплекса «Астра».

Практическая значимость работы

Разработаны аппаратурные и технологические схемы комплексной переработки алюминийсодержащих отходов: стружки, шлака, гидроксидного осадка с получением глинозема, коагулянтов для очистки питьевых и сточных

вод и стройматериалов.

Внедрена в промышленность технология получения ГОХА из гидроксида алюминия и соляной кислоты при атмосферных условиях с доведением полученного продукта до необходимой основности различными нейтрализующими реагентами (металлический алюминий, кальцинированная сода, оксид кальция) на Череповецком предприятии ООО «Северхимпром».

Реализация предлагаемых решений позволит существенно уменьшить отвалы и хранилища алюминийсодержащих отходов с извлечением из них ценных компонентов, что окажет положительное влияние на экологическую и экономическую ситуации в различных регионах Р.Ф.

Основные положения, выносимые на защиту:

1. Результаты экспериментальных исследований кинетики взаимодействия алюминия, содержащегося в стружке и шлаке, с растворами соляной кислоты.

2. Диаграмма растворимости гидроксохлорида алюминия и хлорида натрия в водном растворе в системе Г0ХА-КаС1-Н20.

3. Физико-химические свойства гидроксохлорида алюминия различной основности (плотность, вязкость, температура замерзания, содержание

полимерных комплексов).

4. Исследования по синтезу новых видов смешанных коагулянтов;

5. Результаты термодинамического моделирования спекания системы алюмооксидный остаток - карбонат натрия - карбонат кальция и оптимальные условия спекания.

6. Разработанные технологии получения глинозема, коагулянтов и стройматериалов из стружки, шлака, гидроксидного осадка.

Апробация результатов работы

Основные результаты, изложенные в диссертации, докладывались на следующих российских и международных конференциях: 5-м Международном конгрессе ЭКВАТЭК-2002. Вода: Экология и технология (г. Москва, 2002 г.); 3-ем международном конгрессе по управлению отходами «Вэйсттэк» (г. Москва, 2003 г.); XVII Менделеевском съезде по общей и прикладной химии (г. Казань, 2003г.); 15-м международном симпозиуме ICSOBA «Алюминиевая промышленность в мировой экономике: проблемы и тенденции развития» (г. Санкт-Петербург, 2004 г.); международной конференции, посвященной 75-летию ВАМИ (г. Санкт-Петербург, 2006 г.); международной научно-практической конференции «Металлургия легких металлов. Проблемы и перспективы», МИСиС (г. Москва, 2004, 2005, 2006, 2009 г.г.); всероссийской конференции по проблемам математики, информатики, физики и химии (Москва, 2005, 2009, 2010 г.г.); VI ежегодной конференции «Федеральное агенство по науке и инновациям», МИСиС (Москва, 2008 г.); I-VIII Российский ежегодной конференции молодых научных сотрудников и аспирантов, ИМЕТ РАН (г. Москва, 2004-2011 г.г.); VI международной конференции «Материалы и покрытия в экстремальных условиях: исследования, применение, экологически чистые технологии производства и утилизации изделий» (Крым, Украина, 2010 г.); VIII конгрессе обогатителей стран СНГ, МИСиС (г. Москва, 2011 г.); Всероссийской научной конференции с международным участием, посвященной Международному году химии, РУДН (г. Москва, 2011 г.); XIX Менделеевском съезде по общей и прикладной химии (г. Волгоград, 2011 г.).

Публикации

По теме диссертации опубликовано 28 работ, в том числе 6 статей в изданиях, рекомендованных ВАК Минобрнауки России, получен 1 патент РФ.

Структура и объем работы

Диссертация состоит из введения, 5 глав, выводов, списка литературы, включающей 102 наименования, и 2-ух приложений. Работа изложена на 143 страницах машинописного текста, содержит 26 таблиц и 50 рисунков.

10

ГЛАВА 1

АЛЮМИНИЙСОДЕРЖАЩИЕ ОТХОДЫ - ПЕРСПЕКТИВНОЕ СЫРЬЕ ДЛЯ ПОЛУЧЕНИЯ РЯДА ЦЕННЫХ ПРОДУКТОВ

1.1. Характеристика алюминийсодержащих отходов

К числу алюминийсодержащих отходов можно отнести лом, кусковые отходы, стружку, съемы, шлаки, различные виды гидроксида алюминия и прочие.

1.1.1. Лом и кусковые отходы

Эта группа вторичного сырья включает лом, полученный из листа проката и паковок, образующихся при производстве различных изделий.

Лист и прокат используют в производстве самолетов, судов, мебели, бытовых предметов, при этом образуется лом в виде листовой обрези [1-3]. Самолетным ломом являются корпуса непригодных к эксплуатации самолетов и их отдельные части: фюзеляж, кабины, крылья и т.д. Данный лом является сложным видом вторичного сырья, так как он включает большое количество деталей из различных металлов, которые трудно удалить. Его предварительно подвергают разделке для удаления посторонних металлов и материалов. После их удаления самолетный лом разрезают на отдельные части, удобные для транспортировки и переплавки. В последнее время на переплавку поступает все большое количество судового лома: катеров, лодок, понтонов и других изделий. По химическому составу судовой лом отвечает алюмомагниевым сплавам, обладающим повышенной коррозионной стойкостью. Весьма ценным видом сырья для выплавки вторичного алюминия и алюминиевых сплавов являются отходы, образующиеся при изготовлении изделий из листа и ленты-листовая обрезь [4]. Этот вид сырья представляет собой кромки, выштамповку, высечку и т.д. Засоренность листовой обрези обусловлена наличием обрезков

пластмасс, оцинкованного железа, иногда латуни, меди и колеблется в пределах 3-20 %. По химическому составу листовую обрезь делят на обрезь чистого алюминия и обрезь алюминиевых сплавов: дюралюмин, алюминиевомарганцевый, алюминиевомагниевый, алюминиевоцинковый сплавы.

Другая часть отходов-обрезки профилей, труб, прутков, пресс-остатки, отходы от горячей штамповки [4]. Этот вид отходов обычно не содержит посторонних примесей, кроме оксидов алюминия, и представляет собой алюминий, дюралюмин и алюминиевоцинковый сплав. Проволока поступает в переработку в виде отходов электрического производства или в виде продукта разделки проводов и кабелей.

Помимо лома и отходов из листа и проката, к этому классу сырья относят лом литья и паковок. Литые кованые детали имеют разнообразный химический состав. Засоренность лома зависит от тщательности разделки и колеблется в пределах 3-50 %. Лом двигателей внутреннего сгорания состоит из большого количества литых и кованых деталей-поршней, цилиндров, картеров, корпусов коробок передач и т.д.

1.1.2. Стружка и съемы

Стружка может быть витой, сыпучей, крупной и мелкой. Она содержит различные примеси: масло, охлаждающие эмульсии, железо, влагу, землистый засор, оксид алюминия, другие металлы [4-7]. Высокие сорта такого вида сырья содержат до 95 % алюминия; в худших сортах - 50-75 %. При хранении под открытым небом содержание влаги может достигать 20%. Влажная стружка быстро корродирует, что приводит к значительному снижению выхода металла

при плавке стружки.

Наличие в алюминиевой стружке масел, нефтепродуктов, смазочно-охлаждающей жидкости (СОЖ) ухудшает процесс ее переработки. Поэтому целесообразно удалить эти примеси перед использованием стружки.

Существуют три основных способа удаления масел, нефтепродуктов, СОЖ из алюминиевои стружки: механическии, термическии и

гидрохимический [8].

Механический способ предусматривает применение центрифуг различной конструкции и производительности. Удаление СОЖ из стружки центриф�