Савицкий К.В.

Криворожский технический университет, г Кривой Рог, Украина

Переработка шлаков вторичного алюминия

Производство цветных металлов сопровождается образованием шлаков. Ситуация чревата не только изъятием из хозяйственного оборота полезных площадей, но и загрязнением воздуха, почв, поверхностных и подземных вод из-за мелкодисперсности данного шлака.

Ежегодно в Украине производится 210 тыс. тонн алюминия. Около 100 тыс. тонн производится методом вторичного переплава алюминиевого лома. [1]

Но, не смотря на это до последнего времени ни в Украине, ни за рубежом нет рационального способа переработки шлака алюминия в ценную продукцию.

Нами предложено использование комплексной схемы переработки на базе дезинтегратора.

После дробления и обработки на дезинтеграторе меняется фракция шлака, но не меняется химический состав. [2]

Таблица 1. Химический состав шлака, после переплава.

Аl2О3	SiO2	Fe2O3	CaO	MgO
66,2%	10,8%	19,7%	следы	6,8%

Наиболее перспективным использованием дисперсной фракции по нашему мнению является производство сульфата алюминия. Он является распространенным коагулянтом, применяемым в водоочистке для обработки питьевых и промышленных вод.

В настоящее время коагулянты на базе сульфата алюминия Al₂(SO₄)₃ производятся из природного сырья - глин по классической технологии. Недостатками этой технологии является низкая скорость взаимодействия реагентов. Как следствие, наличие большого количества примесей снижает качество товарных продуктов и повышает их цену.

Мы же используем новое, техногенное сырье для получения сульфата алюминия Al₂(SO₄)₃- шлаки переплава алюминиевого лома. Так как вторичной переработке подвергаются различные алюминиевые сплавы, при разработке новых технологий возник вопрос о сортировке завозимых на переработку шлаков вторичной переработки.

С целью получения более чистого продукта для последующей алюмотермии исходный шлак перечищаем на магнитном сепараторе.

Исходное сырье, шлаки вторичной переработки алюминия загружаются в дезинтегратор и измельчаются до крупности ~1…2 мм. Полученный продукт очищается от посторонних включений железа магнитной сепарацией при напряженности ~ 0,8 Тл. Магнитная фракция (скрап) отделяется и поступает на сброс (3…5%). Остаток поступает на магнитную сепарацию при большей напряженности поля (1,1…1,2 Тл).

На этом этапе сепарации в магнитную фракцию отделяются сплавы алюминия, которые выделяются в отдельный продукт, поступающий на отдельную переработку.

Слабомагнитная фракция поступает на последнюю стадию сепарации при напряженности поля – 1,5 Тл. В магнитную фракцию выделяется алюминий, а в немагнитную фракцию - кварц, песок, которые направляются на сброс.

Магнитная фракция делится на крупный продукт ( >1 мм) направляемый на переплавку в слитки, и мелкий продукт ( <1 мм), поступающий на химическую переработку с серной кислотой с получением сульфата алюминия Al₂(SO₄)₃- Это деление в значительной мере условно, так как на химическую переработку может направляться вся магнитная фракция.

Сырьем для химической переработки с получением сульфата алюминия служит мелкая фракция (с примесью корольков крупной фракции).

После обработки шлаков вторичной переработки алюминия методами сухой магнитной сепарации мелкая фракция с добавлением части крупной фракции, выделенная при напряженности поля 1,5 Тл, репульпируется технической водой в смеси с промывными водами в отношении примерно Т:Ж=1:10. Репульпированные шлаки направляются в спиральный классификатор.

Осветленный слив делится на 2 части. Примерно 80% слива возвращается в оборот на промывку и репульпирование, подбавляются фильтрат и промводы осадка выщелачивания, сбрасывается пена после репульпирования, подбавляется техническая вода для покрытия нехватки воды. Остаток слива поступает на разбавление и дозирование серной кислоты.

Отмытые «корольки» в реакторе для «кислого» выщелачивания обрабатываются серной кислотой. При этом идут реакции с выделением водорода.

Отличительной особенностью шлаков есть наличие элементарного алюминия, тяжелых металлов, например, меди. Если глины с серной кислотой реагируют медленно и при нагревании, то шлак с серной кислотой реагирует интенсивно, реакция экзотермична.

Дисперсный шлак предварительно смешивается с водой с таким расчетом, чтобы воды было достаточно на испарение, на кристаллизацию в 18 водный кристаллогидрат [А1₂(SО₄)₃-18Н₂О] и на получение насыщенного раствора, как готового продукта.

Процесс растворения шлаков разделен на две стадии - кислотное и щелочное выщелачивание. При кислотном выщелачивании расход кислоты на 5-6% больше от стехиометрического. Алюминий в избытке кислоты полностью переходит в раствор. Растворяются и другие металлы, находящиеся в шлаке. В нерастворимом остатке остаются силикаты и крошка огнеупоров.

Нерастворимый осадок отделяется от кислых растворов отстаиванием и фильтрованием и после промывки и нейтрализации сбрасывается в отвал. Растворы после кислотного выщелачивания поступают на «щелочное» выщелачивание, обрабатываются отмытыми корольками алюминия при их избытке до полного гидролиза (осаждения) тяжелых металлов и получения нейтральных растворов, которые после осветления выпускаются в качестве готового продукта.

Для получения чистого сульфата алюминия раствор по окончанию варки разбавляем водой до удельного веса 1,2 - 1,25 г/см³ и отфильтровуем на пресс-фильтре с деревянными рамами. Промывные воды используются для разбавления концентрированного раствора после варки. Профильтрованный раствор содержит муть. После отстаивания его фильтруем через контрольный фильтр. Выпариваем до удельного веса 1,53 - 1,58 г/см³. Этот удельный вес соответствует концентрации, при которой раствор при охлаждении полностью закристаллизовуется. Кристаллизацию проводят на кристаллизационных столах. Промытые шламы отфильтровываются и после нейтрализации сбрасываются в отвал. Фильтрат и промывные воды объединяются со сливами промвод отмучивания и направляются на репульпирование исходного сырья.

Преимуществами рекомендуемой технологии являются:

1. Улучшение экологической обстановки за счет переработки отвалов, не находящих рационального применения.

2. Возможность поэтапной реализации, позволяющей минимизировать первоначальные затраты и ускорить окупаемость.

3. Высокая технологическая и экономическая эффективность.

4. Перспектива использования попутного продукта – водорода, за которым многие видят будущее в энергосбережении.

Таким образом в результате проведенных исследований разработаны: технология подготовки шлаков сухой магнитной сепарацией, технология химической переработки мелкой фракции в коагулянт.

Сульфат алюминия из шлака вторичного переплава алюминия испытан методом пробного коагулирования на воде двух источников – Карачуновского и Южного водохранилищ, лабораторией контроля государственного предприятия «Кривбасспромводоснабжение».

Предложенный продукт хорошо растворим, запаха не имеет и работает аналогично коагулянтам – сульфата алюминия и гидроксихлориду алюминия.

Список литературы:

1. http\\www.alfametall.com.ua

2. Чернявский И.Я. Шлаки цветной металлургии. - Л.; Наука, 1984.-374 с.