ПЕРЕРАБОТКА МЕЛКОДИСПЕРСНЫХ ФТОРУГЛЕРОДСОДЕРЖАЩИХ ОТХОДОВ АЛЮМИНИЕВЫХ ЗАВОДОВ С ПОЛУЧЕНИЕМ СИНТЕТИЧЕСКОГО ФЛЮОРИТА И РАСТВОРА КАУСТИЧЕСКОЙ ЩЕЛОЧИ
Аннотация
В статье дана характеристика электролитной угольной пены алюминиевого производства и проанализировано влияние произошедших в последние годы изменений в технологии производства алюминия на структуру образования, состав и свойства фторуглеродсодержащих отходов, проведен обзор предлагаемых на сегодняшний день методов их переработки, обоснована целесообразность крупномасштабной переработки отходов в смежных отраслях промышленности. В работе проведена оценка способа переработки мелкодисперсных фторуглеродсодержащих отходов алюминиевого производства на примерах как модельного вида сырья (чистый криолит и хиолит), так и угольной пены - полупродукта электролитического производства алюминия. Переработка предложена каустификацией известковым молоком с получением продукта, содержащего синтетический флюорит. На основе термодинамических расчетов предложен механизм каустификации отходов, содержащих в своем составе хиолит и криолит. Показано, что при взаимодействии отходов, содержащих криолит и хиолит, с известью кроме фторида кальция образуется раствор алюмината натрия, который, в зависимости от концентрации щелочи в растворе, может быть пересыщенным по гидроксиду алюминия или гидроксиду натрия. Определено влияние технологических параметров (температуры, времени протекания процесса, разбавления) на полноту каустификации сырья и содержание искусственного флюорита в конечном продукте. Изучена кинетика каустификации, определено, что основное влияние на эффективность процесса оказывает температура, что связанно с высоким содержание фтора в сырье. При каустификации угольной пены в диапазоне 60-80 °С выход CaF2 достигает практически 800 кг на 1 т подаваемого сырья.
Для цитирования:
Куликов Б.П., Васюнина Н.В., Дубова И.В., Самойло А.С. Переработка мелкодисперсных фторуглеродсодержащих отходов алюминиевых заводов с получением синтетического флюорита и раствора каустической щелочи. Изв. вузов. Химия и хим. технология. 2024. Т. 67. Вып. 4. С. 90-100. DOI: 10.6060/ivkkt.20246704.7009.
Литература
Tumanov V.V., Ostrovsky S.V., Starostin A.G. Raw material base of fluorine in Russia and other countries. Vestn. PNIPU. 2015. N 4. P. 124-136 (in Russian).
Starostin A.G., Ostrovsky S.V. Dry synthesis of aluminum fluoride from aluminum hydroxide and ammonium fluoride. ChemChemTech [Izv. Vyssh. Uchebn. Zaved. Khim. Khim. Tekhnol.]. 2022. V. 65. N 3. P. 43-51. DOI: 10.6060/ivkkt. 20226503.6514.
Boyarko G.Yu., Khatkov V.Yu. Extraction and consumption of fluorine mineral raw materials in Russia. Izv. Tomsk Politekhn. Univ. 2004. V. 307. N 2. P. 165-169.
Eromasov R.G., Nikiforova E.M., Spector Yu.E. Utilization of aluminum production waste in the ceramic industry. J. Siber. Fed. Univ. Eng. Technol. 2012. V. 5. P. 442-453 (in Russian).
Nikalin D.M., Merkulova Y.I., Zheleznyak V.G. Fluorine-Containing Polymer Paints and Arnishes in Aviation. Russ. J. Gen. Chem. 2021. V. 91. P. 1171-1177. DOI: 10.1134/ S1070363221060293.
Kuz’min M.P., Kuz’mina M.Yu., Jia Q. Ran, Kuz’mina A.S., Burdonov A.E. The use of carbon-containing wastes of aluminum production in ferrous metallurgy. Izvestiya. Ferrous Metallurgy. 2020. V. 63. N 10. P. 836-841. DOI: 10.17073/0368-0797-2020-10-836-841.
Ostrovsky S.V., Starostin A.G., Potapov I.S., Tumanov V.V., Kuzminikh K.G. Synthesis of calcium fluoride by dry method from calcium carbonate and ammonium fluoride. ChemChemTech [Izv. Vyssh. Uchebn. Zaved. Khim. Khim. Tekhnol.]. 2020. V. 63. N 8. P. 81-89. DOI: 10.6060/ivkkt.20206308.6156.
Kulikov B.P., Istomin S.P. Recycling of aluminum production waste. Krasnoyarsk: OOO "Klassik Tsentr". 2004. 480 p. (in Russian).
Nikanorov A.V. Improvement of the Technology of Fluorine Recovery from Solid Waste of Primary Aluminum Production. Materials Science Forum. Trans Tech Publica-tions Ltd. 2022. V. 1052. P. 493-497. DOI: 10.4028/p-7p174d.
Shepelev I.I., Golovnykh N.V. Complex recycling of aluminum production waste. XXV International Scientific and Technical conf. Scientific foundations and practice of processing ores and man-made raw materials. Ekate-rinburg. 2020. P. 104-109.
Nemchinova N.V., Tyutrin A.A., Somov V.V. Determination of Optimal Fluorine Leaching Parameters from the Coal Part of the Waste Lining of Dismantled Electrolytic Cells for Aluminum Production. Zapiski Gornogo In-ta. 2019. V. 239. P. 544-549 (in Russian). DOI: 10.31897/PMI.2019.5.544.
Barauskas A.E., Nemchinova N.V. Hydrometallurgical processing of finely dispersed fluorocarbon-containing technogenic raw materials for the production of primary aluminum. Vestn. Irkutsk. Gos. Tekhn. Univ. 2020. V. 24. N 6. P. 1311–1323 (in Russian). DOI: 10.21285/1814-3520-2020-6-1311-1323.
Yang K., Li J., Huang W., Zhu C., Tian Z., Zhu X., Fang Z. A closed-circuit cycle process for recovery of carbon and valuable components from spent carbon cathode by hydrothermal acidleaching method. J. Environ. Manag. 2022. V. 318. P. 115503. DOI: 10.1016/j.jenvman.2022.115503.
Dongyue W., Haibin W., Chunlei L., Yongrong Q., Liting F., Li P. Process for stabilizing fluorine in electro-lytic aluminum spent pot lining by roasting method. IOP Conf. Ser.: Earth and Environ. Sci. 2021. V. 621. N 1. P. 012036. DOI: 10.1088/1755-1315/621/1/012036.
Kulikov, B., Vasyunina, N., Dubova, I., Samoylo, A., Balanev, R., Kutovaya. A. Portland Sement Slinker Pro-duction Using Synthetic Fluorite and Graphitic Carbon Based Additives. Ecology and Industry of Russia. 2023. V. 27. N 10. P. 42-47.
Yakimov P.S. Dubinin A.N. Zaloga O.E. Piksina Ya.I. Regularization of methods of a standardless X-ray phase analysis. J. Struct. Chem. 2011. V. 52. P. 319–325. DOI: 10.1134/S0022476611020119.
The Powder Diffraction File: a quality materials charcterization database. 2019. V. 34. N 4. P. 352-360. DOI: DOI: 10.1017/S0885715619000812.
Yang F., Yu Q., Zuo Z., Hou L. Thermodynamic analysis of waste heat recovery of aluminum dross in electro-lytic aluminum industry. En. Sour., Pt. A: Recovery, Utili-zation, Environ. Effects. 2021. V. 43. N 9. P. 1047-1059. DOI: 10.1080/ 15567036.2019.1634163.
Tao W., Yang J., Chen L., Zhang Y., Wu S., Li J., Liu Z., He J., Wang Z. Sustainable Recovery of Fluorine from Waste Aluminum Electrolyte by Sulfuric Acid Bak-ing. J. Sust. Metallurgy. 2023. P. 1-14. DOI: 10.1007/s40831-023-00719-9.
Begunov A.I., Antsiferov E.A., Kondrat’ev V.V., Pom-azkina O.I., Bocharova M.A. Solubility of sodium and calcium fluorides in water-alkaline solvents. Izv. Vyssh. Uchebn. Zaved. Prikl. Khim. Biotekhnol. 2013. N 1 (4). P. 101-105 (in Russian).
Shubov L.Ya., Dobrokhotova M.V., Shubov L.Ya., Doronkina I.G., Anisimova M.R. Analysis of the possibilities of using carbon-containing wastes of aluminum production. Kompetentnost’. 2021. N 4. P. 50-55 (in Russian).
Larionov L.M., Kondratiev V.V., Kuzmin M.P. Ways of using carbon-containing wastes of aluminum produc-tion. Vestn. Irkutsk. Gos. Tekh. Univ. 2017. V. 21. N 4 (123). P. 139-146 (in Russian). DOI: 10.21285/1814-3520-2017-4-139-146.
