автореферат диссертации по металлургии, 05.16.02, диссертация на тему:Повышение эффективности ресурсосбережения при производстве алюминия электролизом на основе использования футеровочных материалов катода

На правах рукописи

ПАТРИН Роман Константинович

ПОВЫШЕНИЕ ЭФФЕКТИВНОСТИ РЕСУРСОСБЕРЕЖЕНИЯ ПРИ ПРОИЗВОДСТВЕ АЛЮМИНИЯ ЭЛЕКТРОЛИЗОМ НА ОСНОВЕ ИСПОЛЬЗОВАНИЯ ФУТЕРОВОЧНЫХ МАТЕРИАЛОВ КАТОДА^

Специальность 05.16.02 - Металлургия чёрных, цветных и редких металлов

Автореферат диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

САНКТ-ПЕТЕРБУРГ - 2015

Работа выполнена в федеральном государственном бюджетном образовательном учреждении высшего профессионального образования «Национальный минерально-сырьевой

университет «Горный».

Научный руководитель -доктор технических наук

Бажин Владимир Юрьевич

Официальные оппоненты:

Куликов Борис Петрович доктор химических наук, ООО «Безотходные и малоотходные технологии», генеральный директор

Макушин Дмитрий Владимирович кандидат технических наук, ООО «Росинжиниринг проект», главный инженер проекта

Ведущая организация:

ФГАОУ ВПО «Уральский федеральный университет имени первого Президента России Б.Н. Ельцина»

Защита состоится 01 июля 2015 г. в 14 час. 30 мин. на заседании диссертационного совета Д 212.224.03 при Национальном минерально-сырьевом университете «Горный» по адресу: 199106, Санкт-Петербург, 21-я линия, дом 2, ауд. 1166.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Национального минерально-сырьевого университета «Горный» и на сайте http://www.spmi.ru.

Автореферат разослан 30 апреля 2015 г.

УЧЕНЫЙ СЕКРЕТАРЬ БРИЧКИН

диссертационного совета Вячеслав Николаевич

РОССИЙСКАЯ ГОСУДАРСТВЕННАЯ БИБЛИОТЕКА 15

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность работы. Единственным промышленным способом производства алюминия более чем 120 лет является электролиз криолит-глиноземного расплава (способ Холла-Эру). В течение всего периода эксплуатации электролизера из-за высокой пористости используемых в катоде углеграфитовых и огнеупорных материалов происходит инфильтрация криолит-глиноземного расплава (КГР), что приводит к деградации и интенсивному разрушению футеровки катодного устройства, объем образования которой составляет ~25 кг/т А1. В настоящее время не найдены рациональные решения по использованию отработанной футеровки, которая после демонтажа хранится на полигонах и заводских складах. При этом, в связи с остановкой экономически неэффективных производственных мощностей в западной и центральной части России, и в соответствии со стратегическим планом развития ОК РУСАЛ, вопросы переработки отработанной футеровки заслуживают особое внимание.

В тоже время отработанная футеровка является сырьем и оказывает экологическую нагрузку на производственные территории, так как при взаимодействии материалов катода с электролитом и металлом, происходит их насыщение фторидами, редкоземельными и щелочными металлами и высокотоксичными веществами. А в условиях интенсификации современного процесса электролиза, при увеличении амперной нагрузки выше проектных показателей, возникает необходимость использования новых материалов и принятия инновационных технических решений для катодного устройства алюминиевого электролизера, которые направлены на повышение срока службы и улучшение технико-экономических показателей процесса в целом.

Различным аспектам и вопросам ресурсосбережения в производстве первичного алюминия, в том числе переработке отходов электролизного производства, посвящены исследования известных отечественных ученых, среди которых следует выделить работы А.И. Беляева, М.Б. Рапопорта, Ю.В. Баймакова, М.М. Ветюкова, A.M. Цыплакова, М.Я. Минциса, Б.П. Куликова,

С.П. Истомина, П.В. Полякова, В.А. Уткова. Среди зарубежных ученых большой вклад внесли H. Kvande, H. Grotheim, T. Grande, H. Oye, M. Sorlie, B. Welch, J. Thonstad, A. Solheim, R. Peterson, A. Tabereaux, R. Pawlek, X. Wang и др. Однако, значительный круг вопросов, связанный с изучением механизмов разрушения футеровки электролизера, повышения срока службы и использования пропитанной КГР отработанной футеровки остается недостаточно изученным.

Цель работы. Разработка технологических и технических решений, обеспечивающих ресурсосбережение и снижение экологической нагрузки на производственные территории, путем использования футеровочных материалов и переработки футеровки алюминиевых электролизеров.

Задачи исследования включают:

• изучение влияния технологических параметров процесса электролитического производства алюминия на пропитку футеровочных материалов катодного устройства компонентами криолит-глиноземного расплава;

• определение причин разрушения футеровочных материалов и мест их локальных структурных изменений в катодном устройстве алюминиевого электролизера;

• изучение состава отработанных материалов различных типов электролизеров методом послойного темплета для выявления структурных изменений пропитанной футеровки;

• разработка технических решений по монтажу отдельных узлов катодного устройства и определение рационального состава футеровочных материалов для увеличения срока службы электролизеров;

• выполнение количественной оценки формирования отходов отработанной футеровки;

• выбор и обоснование технологии переработки отработанной футеровки алюминиевого электролизера с определением влияния параметров способа переработки на качество получаемого конечного продукта.

Методы исследований. В работе использовались экспериментальные и теоретические методы исследований, включая термодинамический анализ протекающих процессов, физическое моделирование технологических процессов.

Для изучения свойств и составов твердых и жидких продуктов применялись современные физические и физико-химические методы: атомно-эмиссионная спектроскопия (АЭС), рентгенофазовый анализ (РФА), ренгеноспектральный анализ (РСА), дифференциально-термический анализ (ДТА), дифференциально-сканирующая калориметрия (ДСК), термогравиметрический анализ (ТГА), масс-спектрометрия, оптическая микроскопия, лазерный микроанализ фракционного состава, ионометрия, классический химический анализ. На отдельных этапах работы были использованы известные отраслевые методики, обработка данных выполнялась с использованием стандартных программных пакетов.

Научная новизна работы:

• выявлено послойное распределение химических элементов в катоде и изменение уровня пропитки натрием футеровочных материалов катода, который активирует процесс карбидообразования в нижней части углеграфитовых блоков;

• определены многокомпонентные соединения на основе нефелина, образующие барьерный слой при взаимодействии футеровки с расплавом, препятствующий его проникновению в огнеупорную часть катодной футеровки;

• разработаны технические решения по модернизации некоторых узлов катодного устройства для современного алюминиевого электролизера, препятствующие проникновению расплава вглубь катодного устройства и разрушению бортовой футеровки за счет снижения пропитки межблочного соединения и эффекта взаимодействия с нефелином;

• выполнена количественная оценка формирования отходов футеровки при производстве алюминия и определено химическое состояние мест их складирования;

• проведенные термодинамические расчеты взаимодействия химических реагентов с отработанными материалами катода во время процесса их переработки обосновывают условия переработки

футеровки алюминиевых электролизеров в диапазоне температур 800-1000°С;

• установлено, что содержание водорастворимых фторидов и выход продукта переработки зависят от температурного режима обработки, гранулометрического состава исходных материалов и добавки Са804 и СаС03.

Практическая значимость работы:

• предложены технические решения по модернизации конструкции отдельных узлов катодного устройства, обеспечивающие повышение срока службы за счет снижения скорости пропитки подины и окисления бортовой футеровки. (Патент РФ №2449060 от 27.04.2012, Патент РФ №2458185 от 10.08.2012);

• разработана технология переработки отработанной футеровки алюминиевых электролизеров, обеспечивающая извлечение полезных компонентов и снижение экологической нагрузки на производственные территории. (Патент РФ №2477820 от 20.03.2013);

• выполнена логистика и найдены пути использования полученных после переработки отработанной футеровки материалов в металлургической, химической и строительной промышленности.

Созданный научно-технический задел позволяет обозначить круг вопросов необходимых для решения задач при проведении опытно-промышленных работ и испытаний, направленных на повышение эффективности ресурсосбережения при электролитическом производстве алюминия за счет увеличения срока службы электролизера и переработки отработанной футеровки.

Научные и практические результаты работы используются в лекционных курсах по дисциплинам «Организация экспериментальных исследований», «Природа техногенного сырья и проблемы его использования», «Металлургия легких металлов».

Степень обоснованности и достоверность научных положений, выводов и рекомендаций, содержащихся в диссертации, обусловлена большим количеством экспериментальных данных и отобранных промышленных образцов, и подтверждается их соответствием ранее проведенным разработкам

и исследованиям, а также применением высокотехнологичных методов физико-химического анализа и обработки теоретических и экспериментальных результатов с использованием современных средств вычислительной техники.

Апробация работы. Основные результаты диссертации докладывались на конференции «II-ая корпоративная конференция OK РУСАЛ» (Екатеринбург, 2011), международных конгрессах «Цветные Металлы-2011» (Красноярск, 2011) и «Цветные Металлы-2012» (Красноярск, 2012), на международных научно-практических конференциях «Неделя науки» (Санкт-Петербург, 2011, 2012), на ежегодных конференциях молодых ученых Горного университета (Санкт-Петербург, 2011, 2014), на «Ежегодная международная конференция огнеупорщиков и металлургов» (Москва, 2011, 2013), и на международной научной конференции молодых ученых в Краковской горно-металлургической академии (Краков, 2012).

Публикации. Основные положения диссертации опубликованы в 16 печатных работах: из них 8 в журналах, рекомендованных ВАК Минобрнауки России, 4 патента РФ.

Личный вклад автора состоит в анализе и обобщении причин разрушения катодных устройств алюминиевых электролизеров различных типов, существующих способов переработки отработанной футеровки, постановке цели и задач исследований, отборе проб с отключенных в капремонт алюминиевых электролизеров различного типа, разработке методики и проведении лабораторных исследований, обработке полученных данных и обобщении результатов исследований, подготовке статей и материалов для участия в научно-технических конференциях.

Структура и объем работы. Диссертация состоит из введения, 4 глав, заключения, библиографического списка. Работа изложена на 127 страницах машинописного текста, содержит 23 таблицы и 52 рисунка. Библиографический список включает 118 наименований.

Благодарности. Автор выражает глубокую благодарность Заслуженному деятелю науки РФ профессору В.М. Сизякову, научному руководителю В.Ю. Бажину и коллективу кафедры металлургии Горного университета за помощь и консультации при выполнении работы.

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во введении обоснованы актуальность и направление исследований, сформулирована цель и определены основные задачи исследования.

В первой главе представлен аналитический обзор современных технологий электролиза алюминия, конструкций катодного устройства и новых футеровочных материалов. Обозначены проблемы эксплуатации электролизеров, связанные с необходимостью повышения срока службы и снижения экологической нагрузки на производственные территории. Приведена количественная оценка формирования отходов футеровки, качественная характеристика мест их складирования.

Во второй главе представлены методика исследования и лабораторного эксперимента, аппаратура, описана установка для термообработки футеровки.

В третьей главе рассмотрен механизм взаимодействия криолит-глиноземного расплава с футеровочными материалами алюминиевого электролизера. Представлены основные реакции, протекающие в различных слоях футеровки во время эксплуатации. Приведены результаты аутопсии, вскрытия аварийных и разрушенных мест катодов различного типа. Определены структурные изменения в футеровочных материалах и степень их пропитки. Разработаны и предложены технические решения по монтажу и модернизации конструкции катодного устройства с целью повышения срока службы.

В четвертой главе рассмотрены технологии обращения с отработанными материалами катода. Проведены

термодинамические расчеты основных реакций, протекающих при термической обработке отработанной футеровки во вращающихся печах. Представлены результаты лабораторного эксперимента по изучению влияния параметров переработки отработанных материалов футеровки. Разработана и обоснована технология и схема переработки отработанной футеровки и способы использования продуктов.

ОСНОВНЫЕ ЗАЩИЩАЕМЫЕ ПОЛОЖЕНИЯ

1. Увеличение срока службы катодного устройства алюминиевого электролизера на 200-300 суток обеспечивается снижением уровня инфильтрации расплава в графитизированные и карбидокремниевые материалы и связано с образованием многокомпонентного барьерного слоя на основе нефелина в огнеупорном цоколе.

Конструкция катодных устройств должна обеспечивать надежность агрегата - противостоять разрушению отдельных его частей, для того чтобы не допустить его досрочного отключения в капитальный ремонт по следующим причинам: проникновение расплава в набивные швы и под угольную футеровку; локальное и поверхностное разрушение отдельных участков; полный износ бортовой футеровки и проникновение расплава к стальному кожуху; деформация катодного кожуха, нарушающая целостность огнеупорной футеровки; перекос и изгиб всего катодного устройства.

Одним из способов определения выбора футеровочного материала в промышленном масштабе является вынужденная аутопсия (локальное вскрытие футеровки) электролизера, которая проводится с целью исследования химического и морфологического состава футеровки, оценки степени разрушений и определения глубины пропитки на заданный срок службы. Такой способ вскрытия позволяет определить, как изменяется состав и морфология материалов катода в рабочих условиях.

Для выявления степени и глубины физико-химических процессов в слоях футеровки проведено комплексное исследование разрушенных мест в катодных устройствах электролизеров А-105, ОА-50, С8-БМЭ, ОА-ЗООМ1, которое включают послойный отбор проб бортовой футеровки, подовых блоков, огнеупорных и теплоизоляционных слоев, и их изучения.

При визуальном обследовании и измерении геометрических характеристик стандартных футеровочных материалов отключенных электролизеров, подтверждено, что основные разрушения поверхности катода вызваны поверхностными реакциями

карбидообразования, сопровождающиеся внедрением № и абразивным износом угольных блоков с различной степенью (см.

Рисунок 1 - Поверхность подины Рисунок 2 - Поверхность подины

электролизера С8-БМЭ электролизера ОА-ЗООМ1

С помощью проведенного фазового и химического анализов, получено распределение химических элементов в материалах катода. Впервые было определено образование комплексных соединений по слоям, которое позволило установить характерные зависимости и изменения химического состава слоев от уровня пропитки футеровочных материалов, и сделать выводы о взаимодействии расплав-футеровка в промышленном агрегате, в том числе, что в течение всего срока эксплуатации электролизера пропитке натрием подвергаются практически все футеровочные материалы. В результате, основные реакции инфильтрации натрия:

+ ЪМаГ^иом^ = ЗЛЦв С) + А^Ъ(криошпЬ (1)

4 тгА№Ьы + 12ЛЦЖ) + ЗС(тв) = Л/4С3(тй) + 24Ш^Ж) (2)

з ЯОЦт) + 2 Л120Цтв) + 6Ма^ж) = + ЗМаАШО, (3)

95/02(ив) + 2А120Мтв) + 6ШР(ж) = + 3АШ/,0, (4)

Ы02(тв) + 2А120Мтп) + ЛЫа = Ы(ж) + 4 МаШЮ4 (5)

13 5/02(тв) + 2А120Мтв) + 4Ма = Я(ае) + АЫаАШ,0% (6)

Согласование полученных данных характера и результата степени пропитки с паспортными характеристиками материалов катода, отключенных в капремонт электролизеров, позволило установить что, уровень инфильтрации и усложнение физико-

химических процессов зависит от свойств применяемых материалов, а также условий их монтажа и эксплуатации.

По усредненным величинам с мест отбора темплетов установлено, что натрий при быстром реагировании с материалами СБС и огнеупорами, имеет большую скорость внедрения и распространяется по всей площади под катодными блоками, т.е. пропитка идет в основном по периферии и площади цоколя, а не в глубину его слоев.

Проведено картирование поверхности, сформировавшейся под углеграфитовыми блоками, электролитной линзы (см. рисунок 3, и рисунок 4) , позволившее получить распределение Ыа, Р, А1, 81 и сделать вывод, что проникающий фтор связан во фторид натрия, который является активатором и приводит к образованию многокомпонентных соединений.

Исследования оптической и лазерной микроскопией электролитной линзы, прореагировавших огнеупоров показали, что при взаимодействии криолит-глиноземных расплавов с современными огнеупорными футеровочными материалами происходит образование вязкого барьерного слоя, в котором основным связующим компонентом, присутствующим во фронте реакции является №А18Ю4 (нефелин) Ыа3А1Р6, 81(тв), также в составе присутствует большое количество аморфной фазы и алюмосиликатных форм ЫабКА^^зг и ЫабА^юОзг.. Наличие фаз многокомпонентных соединений подтверждает, что деградация изоляционных алюмосиликатных огнеупоров определяется комплексным взаимодействием фтористого натрия и металлического натрия. При этом подтверждается гипотеза Веланда, что сложные многокомпонентные соединения на основе нефелина, которые в итоге формируют защитный слой при образовании электролитной линзы при реакциях электролита с материалами СБС, который, в итоге, препятствует дальнейшему проникновению расплава в огнеупорную часть катодной футеровки.

№ Спектр 1

ш § 'Р Сг Ре Р С N8» '(а- I а

N 11 Ад Сг ^ ¡|7к ¿Л : Т 1

1 ■ | • | • 1 ■ | • 1 -1 г ' ' 1 1 т ^ 1 1 ' 1 0 2 4 6 8 10 Полная шкала 43480 имп. Курсор: 0.000 Г 1 | 1 1 12 1 > 1 • 1 14 16 I 1 | Г т- . | 18 20 кэ В

Рисунок 4 - Спектры определенных на поверхности линзы элементов Проведенные исследования по аутопсии позволили выявить характерные разрушения и для высокоамперных электролизеров ОА-ЗОО с новыми материалами и элементами футеровки. Выявлено, что наиболее частым, является разрушение верхнего слоя карбидокремниевых или угольных блоков, находящимися под фланцевым листом бортовой части футеровки.

Анализ полученных результатов характерных локальных участков разрушения позволил разработать новые конструкторские решения и технические решения для повышения срока службы электролизеров при использовании смеси нефелина:

• чтобы снизить воздействия электролита на межблочные швы и препятствовать проникновению (инфильтрации) N8 под угольные блоки, предложено вмонтировать межблочное соединение, которое выполнено в виде комбинации подовой массы и огнеупорных элементов из карбида кремния и углеграфита.

• чтобы повысить стойкость бортовых блоков футеровки от окисления сверху и снизить разрушения фланцевого узла предложено между верхней поверхностью вставного карбидокремниевого блока и фланцевым листом установить комбинированную огнеупорную вставку.

2. Извлечение фторидов из отработанной катодной футеровки и получение твердых материалов для использования в различных отраслях промышленности достигается при раздельной пирометаллургической переработке за счет снижения общего уровня водорастворимых фторидов.

В процессе производства алюминия электролитическим способом образуются сотни тысяч тонн отходов, в том числе, пропитанная компонентами электролита отработанная футеровка (углеграфитовые подовые, бортовые блоки, шамотная засыпка и шамотный кирпич, подушка СБС, цокольный кирпич и пр. материалы), объемы которой в России ежегодно увеличиваются более чем на 130 тыс. т (-25 кг/т А1).

Отработанные футеровочные материалы представляют собой сложное многокомпонентное сырье, содержащее Ыа, А1, Р, и др. элементы, а также высокотоксичные вещества (см. таблицу 1), которые можно нейтрализовать или извлечь, как для возвращения в цикл производства алюминия, так и для реализации в различные сферы промышленности.

Таблица 1 - Состав основных конструкционных материалов катода высокоамперного электролизера в конце срока службы_

Материал Содержание элементов, %

С N3 Р А1 81 ва

блоки 15-25 7-12 13-18 5-7 25-35 0,003

УГМ 35-50 10-20 17-25 5-10 1-3 0,005

Огнеупорная и изоляционная футеровка 1-2 1,5-3 3,5-5 20-25 15-20 -0,04

На лабораторной установке (см. рисунок 5) проведена раздельная термическая обработка отработанных футеровочных материалов крупностью от 0,15 мм до 1,2 мм в температурном интервале 800-1000°С с учетом ввода добавок. Блок-схема пробоподготовки представлена на рисунке 6.

51

е

Рисунок 5 - Схема лабораторной установки

Подготовленный материал, навеска

которого составляла 0,75 грамм, подавался в барабанную печь (5) в корундовой лодочке.

Время обработки

составляло 20 мин. Контроль за температурой осуществлялся с помощью хромель-алюмелевой термопары (4).

Регулировка режимов печи осуществлялась с блока управления (3),

подключенного к

источнику тока (1). С помощью насоса (9) создавалось разрежение в газоотводящем тракте. Абсорбцию газообразных частиц проводили в колбе с раствором поглотителем (6), соединенной с контрольной колбой (7) через и-образный сосуд (8).

Рисунок 6 - Блок схема пробоподготовки

Содержание абсорбированного фтора определено титрованием раствором 0,05Ы ЫаОН. Количество оставшихся водорастворимых фторидов в материале после обработки определено при водном

выщелачивании в течение 6 часов с помощью ионселективного электрода XC-F-001.

В ходе лабораторного эксперимента выполнен термодинамический расчет реакций при обработке различных типов футеровки с добавками СаСОз и CaS04. По полученным данным выявлено, что большинство реакций - экзотермические, что обеспечивает полноту протекания всех реакций. Для подробного изучения процесса обработки был проведен дифференциально-термический анализ на совмещенном ДСК-ТГА термоанализаторе SDT Q600 и масс-спектрометре Pfieffer Vacuum Termostar GSD 301 ТЗ. Примеры обработки отработанных SiC материалов без добавки и с 35 масс.% СаСОз (ЧДА) показаны на рисунке 7 и 8.

Iljin

Ем up T«i»«wi('et ummu

Рисунок 7 - Диаграмма термообработки SiC без добавок

Рисунок 8 - Диаграмма термообработки SiC с СаС03 (ЧДА) 35 масс.%

В результате дифференциально-термического анализа были установлены температурные интервалы физико-химических изменений материалов при нагревании в смеси и без добавок, а также определен рациональный температурный режим полного протекания реакций. Выявлено, что снижение температуры обработки для всех исследуемых материалов менее 750-800 °С нецелесообразно.

При обработке различных смесей футеровочных материалов с помощью методов масс-спектрометрии зафиксирован состав отходящих газов (Р2, СО2, 302 и др.).

В ходе экспериментов получены зависимости изменения массы обрабатываемого материала и степени отгонки фторидов от гранулометрического состава (см. рисунок 9), температуры обработки, типа добавки, которые коррелируются с данными дифференциально-термического анализа.

■ Темп ерЛг'р] 866 ■ТаифпураШ ¡. Темп ер»г,ра 970

0,15-0,385 0,385-0,75 0,75-1,2 Гранулометрический состав, мм

а)

0.150,)!5 0.«5-0.75 О,/1-й

Теюперлура, Ч б)

Рисунок 9 - Образцы смеси углерода с добавкой 35 масс.% СаСОз ЧДА: зависимость потери массы (а), зависимость расхода титранта (б)

Определено, что при повышении температуры обработки и уменьшении среднего размера частиц, потеря массы образцов и концентрация НР в абсорбционном растворе увеличивается. Обработка материалов с добавками СаС03 и Са804 снижает концентрацию НР в 7-12 раз и 3-5 раз соответственно, что связано с переводом фтора в дифторид кальция.

Вывод подтверждается результатами рентгенофазового анализа, приведенного в таблице 2.

Таблица 2 - Результаты рентгенофазового анализа термически обработанной отработанной футеровки с добавкой 35 масс. % СаССЬ ЧДА_

Исследуемый материал Значимость фаз по убыванию

Углерод С СаР2 СаО Са12А1нОз2Р2 ЫаР

Карбидокремний СаР2 СаО Са(ОН)2 Са481207Р2

Изоляция 8Ю2 А^Аз Са(ОН)2 СаР2 кварц

В ходе эксперимента (см. рисунок 10) было установлено, что способ отработки отработанной футеровки позволяет снизить содержание водорастворимых фторидов (более чем на 98%), делая этот материал инертным и пригодным для безопасного складирования.

« Углерод —Карбидокремний * Изоляция

Время выщелачивания, ч

Рисунок 10 - Содержание водорастворимых форм фторидов в остатке после

обработки футеровки

В результате выполненной работы предложен способ обработки отработанной футеровки в барабанной печи с СаС03 для снижения водорастворимых форм фторидов, при котором возможно извлечение фтора из абсорбционных газов для производства А1Р3, СаР2 и другой химической продукции для использования в различных отраслях промышленности.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

В данной диссертационной работе приведены теоретические и экспериментальные исследования, на основе которых были разработаны и научно обоснованы технические решения для повышения эффективности ресурсосбережения при производстве алюминия электролизом, суть которых заключается в следующем:

• изучены места разрушений, которые уменьшают срок службы современных высокоамперных и других отечественных электролизеров, позволившее выявить глубину физико-химических процессов проходивших внутри футеровки во время эксплуатации;

• установлено, что натрий при быстром реагировании с материалами СБС и огнеупорами, имеет большую скорость внедрения и распространяется по всей площади под катодными блоками;

• при взаимодействии КГР с современными огнеупорными футеровочными материалами происходит образование вязкого барьерного слоя, в котором основным связующим компонентом, присутствующим во фронте реакции является ЫаА18Ю4 (нефелин) Ыа3А1Р6, 8цтв), также в составе присутствует большое количество аморфной фазы и алюмосиликатных форм ЫабКАЬБцОзг и Ка6А168ноОз2.;

• изучен химический и фазовый состав и свойства отработанной футеровки, установлены зависимости влияния гранулометрического состава шихты, температуры обработки, типа добавки на качество термической обработки футеровки;

• обработка материалов с добавками СаС03 и Са504 снижает концентрацию НР в 7-12 раз и 3-5 раз соответственно, что связано с переводом фтора в СаР2;

• разработанный способ обработки отработанной футеровки позволяет нейтрализовать водорастворимые фториды более 98%, уменьшить объем складируемого материала, а также дает возможность для производства второстепенной продукции, например А1Р3, НР;

• предложены пути использования обработанной футеровки в металлургической, химической и строительной промышленности.

Содержание работы отражено в следующих основных публикациях:

1. Патрин Р.К. Повышение стойкости катодной футеровки высокоамперного электролизера ОА-ЗООМ1 / В.Ю. Бажин, Р.К. Патрин, В.Г. Скоров, А.Н. Пальшин // Цветные металлы Сибири.: сб. докл. - 2011. - С. 248 - 253.

2. Патрин Р.К. Технические решения по стойкости огнеупорной футеровки алюминиевого электролизера / В.Ю. Бажин, Р.К. Патрин, А.Н. Пальшин // Новые огнеупоры. - 2011. - №3. - С. 75-76.

3. Патрин Р.К. Повышение стойкости угольной подины высокоамперного электролизера / Р.К. Патрин, В.Ю. Бажин, Р.Ю. Фещенко // Новые огнеупоры. - 2013. - № 3. - С. 96-97.

4. Патрин Р.К. Особенности разрушения подины высокоамперного электролизера / В.Ю. Бажин, В.М. Сизяков, Р.К. Патрин, Р.Ю. Фещенко, A.B. Сайтов // Новые огнеупоры. -2013.-№ 5.-С. 5-8.

5. Пат. 2449060 РФ. Подина электролизера для получения алюминия / В.М. Сизяков, В.Ю. Бажин, В.Н. Бричкин, Р.К. Патрин,

A.A. Власов. Опубл. 27.04.2012.

6. Пат. 2458185 РФ. Катодное устройство алюминиевого электролизера / В.М. Сизяков, В.Ю. Бажин, В.Н. Бричкин, Р.К. Патрин, A.A. Власов. Опубл. 10.08.2012.

7. Пат. 2522928 РФ. Способ защиты углеродной футеровки /

B.Ю. Бажин, Р.Ю. Фещенко, В.М. Сизяков, Р.К. Патрин, A.B. Сайтов. Опубл. 20.07.2014.

8. Патрин Р.К. Утилизация техногенных отходов электролизного производства алюминия / В.Ю. Бажин, Р.К. Патрин, A.A. Власов // Безопасность жизнедеятельности. - 2010. - №9. - С. 18-21.

9. Патрин Р.К. Современные способы переработки отработанной огнеупорной футеровки алюминиевого электролизера / В.Ю. Бажин, Р.К. Патрин // Новые огнеупоры. - 2011. - №2. - С. 39-42.

10. Патрин Р.К. Перспективы пирометаллургической переработки отходов алюминиевого производства / Р.К. Патрин,

B.Ю. Бажин, В.М. Сизяков // Известия ВУЗов. Цветная металлургия. -2013.-№6.-С. 61 -64.

11. Патрин Р.К. Отработанная футеровка алюминиевого электролизера как сырье для металлургической, химической и строительной промышленностей / Р.К. Патрин, В.Ю. Бажин // Металлург. - 2014. - №8. - С.ЗЗ - 36.

12. Пат. 2477820 РФ. Способ обработки отработанной футеровки от электролитической плавки алюминия / В.Ю. Бажин,

C.П. Мозер, Р.К. Патрин. Опубл. 20.03.2013.

РИД Горного университета. 23.04.2015. 3. 335. Т. 100 экз. 199106 Санкт-Петербург, 21-я линия, д.2

2012478149

2012478149