УДК 669.111.35

Кириченко А.Г., ассистент

Запорожская государственная инженерная академия

технология утилизация красного шлама

Ужесточение правил охраны природы требует увеличения затрат на природоохранные мероприятия в промышленно освоенных районах. Борьба же с промышленными загрязнениями в предыдущие годы велась путем оснащения промышленных производств очистными сооружениями, что обеспечило определенные успехи в области природоохранной деятельности. Однако применение очистных сооружений не всегда позволяет добиться требуемой степени очистки, а стоят они довольно дорого. Кроме того неполная переработка сырья оборачивается неоправданным сокращением их запасов.

В настоящее время является общепризнанным, что только создание безотходных и малоотходных производств, является основным путем решения проблемы рационального использования природных ресурсов и охраны окружающей среды от промышленных загрязнений.

Современная технология получения алюминия включает как обязательную промежуточную стадию перед электролитическим выделением металла получение полупродукта – Al₂O₃ или глинозема. Так как основным сырьем для получения глинозема служат бокситы - природные минералы, содержащие гидратированную Al₂O₃ с примесью оксидов железа (до 50% и более), то при его производстве из бокситовой руды образуется большое количество отходов в виде красного шлама.

В зависимости от качественного и количественного состава бокситов выход красного шлама варьируется в пределах 1,0-2,5 т шлама на 1 т полученного глинозема. При современных масштабах развития производства алюминия образование отвалов красного шлама принимает внушительные размеры. Особенно острый характер проблема отвальных красных шламов имеет для предприятий, расположенных в зонах активного земледелия. Химический состав шламов глиноземного производства представлен в табл. 1 [1].

Таблица 1 – Химический состав красных шламов

производства глинозема из бокситов

Тип шлама	Исходное сырье	Химический состав, масс. %
		SiO2	Al2O3	Fe2O3	CaO	Na2O	Прочие
Байеровский	Боксит с кремниевым модулем 12-15	8,0-9,5	13,0-18,0	44,5-45,5	8,0-13,0	2,5-6,5	5,0-8,0
Спекательный	Боксит с кремниевым модулем менее 5	16,5-18,5	6,0-10,5	22,5-23,5	35,0-40,0	2,5-4,5	5,0-6,0

В большинстве технологических схем глиноземного производства предусмотрено извлечение Al₂O₃ из сырья с помощью выщелачивания ее в щелочной или содовой среде. Это обстоятельство предопределяет общий характер получаемых отходов и проблемы, связанные с обработкой их; сгущение и фильтрация для отделения красного шлама, который необходимо собирать в емкости, чтобы не допустить серьезного загрязнения окружающей среды.

Поскольку же красный шлам содержит большое количество железа и алюминия, то, по-видимому, было бы целесообразнее превратить его в источник ценного вторичного сырья. Но вернуть в процесс получения глинозема красный шлам в неразделенном виде нельзя, так как он содержит слишком много оксида железа, и нельзя использовать его в качестве железной руды, поскольку он содержит слишком много оксида алюминия. Поэтому необходимо либо найти существенное различие химических свойств соединений Fe₂O₃ и Al₂O₃ и использовать его для их разделения, или же найти возможность использования этой смеси в качестве сырья дня получения товарного продукта или полупродукта.

В настоящее время большинство глиноземных заводов вынуждены отводить под отвальное хранение отходов красного шлама значительные площади вблизи заводов. Наземный способ складирования шламов, принятый в Украине и на большинстве зарубежных предприятий, приводит к отчуждению значительных земельных участков под шламонакопители, сопровождающемуся вредным воздействием на окружающую среду, не говоря уже о существенном увеличении расходов на получение основной продукции. Проблема становится тем сложнее, чем ниже качество перерабатываемого бокситового сырья, что влечет непропорциональное возрастание выхода красного шлама.

В результате проведенных научно-исследовательских работ намечается два основных направления переработки красного шлама: комплексная их переработка с последовательным получением ряда ценных продуктов, например, чугуна, глинозема, цемента и др. и непосредственное использование шлама в качестве добавки при производстве различных видов строительных материалов, например, цемента [2].

Направленность на комплексное использование всех полезных компонентов в отходах производства при разработке способов утилизации последних следует считать прогрессивным моментом, требующим всяческого поощрения и поддержки. К числу таких способов следует отнести технологию получения нового класса углеродистых материалов металл-углерод-окисных композиций (МУОК). Анализ возможных источников сырья (окись углерода и железосодержащие катализаторы) для крупномасштабного производства МУОК привел к выводу о целесообразности использования для этой цели отходящих газов закрытых ферросплавных печей, содержащих до 80% СО, и красных шламов глиноземного производства, содержащих до 50% Fe₂O₃.

Схема комплексной переработки красных шламов в МУОК приведена на рис.1.

Рисунок 1 – Схема производства МУОК на основе комплексной утилизации красных шламов глиноземного производства и колошниковых газов ферросплавного производства

Суспензия красных шламов (СКШ) глиноземного производства разделяется на твердую и жидкую фазы. Отделенный алюминатный раствор возвращается в глиноземное производство для повторного использования. Обезвоженный и просушенный до влажности 0-20% красный шлам (КШ) поступает в реактор для получения МУОК. В этот же реактор поступает очищенный от каталитических ядов ферросплавный газ (ФГ). Взаимодействие КШ и ФГ при температурах 400 - 600°С приводит к восстановлению железа с последующим науглероживанием твердого продукта. Отработанный газ с повышенным содержанием СО₂ направляется в установку отмывки от СО₂ и снова возвращается в реактор получения МУОК. Такая организация процесса позволяет повысить степень использования СО, содержащейся в отходящих ферросплавных газах. Часть отработанного газа выводится из циркуляционного контура на дожигание в котле-утилизаторе, тепло которого используется для отпарки СО₂ из поглотительного раствора. Углекислый газ из отпарных колонн поступает на станцию сжижения и далее направляется потребителям. Сама же металл-углерод-окисная композиция представляет собой рыхлую сажеподобную массу, не требующую дополнительной обработки перед отправкой потребителю.

Помимо достижения определенных экономических выгод утилизация красных шламов позволяет улучшить экологическую обстановку, исключив выброс в атмосферу отходящих газов закрытых ферросплавных печей и сброс красных шламов.

Кроме этого следует сказать, что основные усилия исследователей ныне должны быть сосредоточены на разработке такого способа подготовки и переработки красных шламов, который дал бы возможность не сооружать новые шламонакопители. При этом пуск нового шламонакопителя в эксплуатацию не должен быть основанием для прекращения работ по использованию красных шламов данного завода в качестве сырья для получения товарной продукции.

Проведенные исследования позволяют сделать следующие выводы:

- предложенная технология утилизации красных шламов алюминиевого производства является наиболее перспективной разработкой из рассмотренных вариантов и по своей направленности совпадает с принципами организации безотходных и малоотходных технологий, относящихся к прогрессивному направлению охраны окружающей среды;

- изготовление МУОК на специализированном комплексе является экономически наиболее целесообразной формой организации переработки промышленных отходов;

- производство товарной продукции на основе утилизации красных шламов и ферросплавного газа позволяет снизить экономический ущерб, наносимый окружающей природной среде.

Список литературы

1. Проблемы развития безотходных производств / Б.Н. Ласкорин, Б.В. Громов, А.П. Цыганков, В.Н. Сенин. – М.: Стройиздат, 2000. – 566с.

2. Безотходное промышленное производство. Организация безотходных производств / Громов Б.В., Зайцев В.А., Ласкорин Б.Н., Петраш А.И., Цыганков А.П., Ягодин Г.А. / Серия: Охрана природы и воспроизводство природных ресурсов. – Т. II. – М.: ВИНИТИ, 1983. – 212 с.