Технология брикетирования фторуглеродсродержащих отходов производства алюминия

Автор: Баранов А.Н., Якушевич П.А.

Журнал: Академический журнал Западной Сибири @ajws

Рубрика: Природопользование

Статья в выпуске: 3 (52) т.10, 2014 года.

Бесплатный доступ

Короткий адрес: https://sciup.org/140220492

IDR: 140220492

Текст статьи Технология брикетирования фторуглеродсродержащих отходов производства алюминия

В настоящее время перед мировыми производителями алюминия, работающими по технологии самообжига-ющегося анода Содерберга, остро стоит проблема утилизации и складирования таких углеродсодержащих отходов производства алюминия, как: 1) хвосты флотации угольной пены; 2) шламы газоочистки; 3) пыль электрофильтров; 4) отработанная угольная футеровка [1].

Основная причина возникновения данной проблемы заключается в том, что существующие шламовые поля практически полностью заполнены, и требуют постоянной реконструкции. Мероприятия по реконструкции шламовых полей требуют привлечения значительных инвестиций, что крайне затруднительно во время общего спада алюминиевой промышлености России, и стабильно низких цен на алюминий на Лондонской Бирже Металлов [2]. Одним из возможных путей решения данной проблемы может стать использование брикетированных мелкодисперсных отходов производства алюминия в качестве восстановителя в производстве черных металлов [3].

Хвосты флотации, образующиеся при переработке угольной пены на Братском алюминиевом заводе, поступающей из корпусов электролиза, содержат наибольшее количество углерода среди всех мелкодисперсных отходов содержащие более 70% углерода (рис. 1). Поэтому наиболее целесообразным представляется их использование в качестве основы для брикетов. Содержащийся в хвостах флотации углерод находится в виде графита, и не склонен к окомковыванию. Для придания начальной прочности брикету, наиболее рациональным подходом является добавка пыли электрофильтров, либо шламов газоочистки, т.к. содержащиеся в них смолистые вещества обладают некоторой связывающей способностью.

Рис. 1. Содержание различных элементов и соединений в мелкодисперсных фторуглеродсодержащих отходах производства алюминия.

Пыль электрофильтров, находящаяся в сухом состоянии, в последующем может использоваться для доведения значения влажности шихты до необходимого. Шлам газоочистки, находящийся в жидком виде так же может использоваться для корректировки влажности, и увеличения прочности брикетов за счет содержащихся в нем смолистых веществ. Тем не менее, стоит иметь ввиду, что добавка пыли электрофильтров, содержащей более 25% углерода в аморфной форме и шлама газоочистки, который содержит 10-15% углерода, так же, в аморфной форме, снижает общее содержание углерода в брикете, что может оказаться критичным фактором, в зависимости от требований, предъявляемых потребителем.

Поскольку на первом этапе исследований было определено, что смолистые вещества, содержащиеся в шламах газоочистки и пыли электрофильтров, могут выполнять роль связующих веществ, была проведена серия экспериментов для определения оптимального соотношения хвостов флотации и смеси шлама и пыли.

Таблица 1

Зависимость прочности брикетов от состава шихты

Содержание хвостов флотации, %	Содержание смеси шлама и пыли э/ф, %	Температура	Время сушки мин	Прочность
90	10	230	180	3,0
85	15	230	180	4,0
80	20	230	180	5,0
75	25	230	180	5,6
70	30	230	180	5,4
65	35	230	180	5,5
60	40	230	180	5,0
55	45	230	180	4,5

Следующая серия экспериментов была проведена для определения оптимальной влажности, которая должна помогать достичь следующих условий:

– равномерное смешивание компонентов шихты;

– минимально возможный выход жидкой фазы при брикетировании;
– наибольший показатель прочности брикета.

Результаты серии экспериментов по определению оптимальной влажности представлены в таблице 2.

Таблица 2

Зависимость прочности брикетов от влажности шихты

Хвосты	Смесь шлама и пыли	Температура	Время сушки мин	Влажность	Прочность
70	30	230	180	10	4,1
70	30	230	180	15	5,5
70	30	230	180	17,5	5,7
70	30	230	180	20	5,6
70	30	230	180	25	5,2
70	30	230	180	30	4,7
70	30	230	180	35	4,1
70	30	230	180	40	3,5
70	30	230	180	45	3

Таблица 3

Зависимость прочности брикетов от давления прессования

Хвосты	Смесь шлама и пыли	Температура	Время сушки мин	Влажность	Давление	Прочность
70	30	230	180	17,5	150	4,2
70	30	230	180	17,5	160	4,2
70	30	230	180	17,5	170	4,3
70	30	230	180	17,5	180	4,6
70	30	230	180	17,5	190	4,8
70	30	230	180	17,5	200	5,0
70	30	230	180	17,5	210	5,5
70	30	230	180	17,5	220	5,8
70	30	230	180	17,5	230	5,8
70	30	230	180	17,5	240	5,8
70	30	230	180	17,5	250	5,8

Таблица 4

Зависимость прочности брикетов от выдержки под давлением

3 о со X	сЗ 2 § S ^И кО >J3 с S 2 и	сЗ 1 & с 2 Н	S О _S 1⁵		S	с У m ^с	с
70	30	230	180	17,5	100	5,0	1,9
70	30	230	180	17,5	100	10,0	2,3
70	30	230	180	17,5	100	15,0	2,8
70	30	230	180	17,5	100	20,0	2,9
70	30	230	180	17,5	100	25,0	2,9
70	30	230	180	17,5	100	30,0	2,9
70	30	230	180	17,5	100	35,0	3,0
70	30	230	180	17,5	100	40,0	3,0
70	30	230	180	17,5	100	45,0	3,2
70	30	230	180	17,5	100	50,0	3,2
70	30	230	180	17,5	100	55,0	3,2
70	30	230	180	17,5	200	5,0	4,7
70	30	230	180	17,5	200	10,0	4,8
70	30	230	180	17,5	200	15,0	5,0
70	30	230	180	17,5	200	20,0	5,1
70	30	230	180	17,5	200	25,0	5,2
70	30	230	180	17,5	200	30,0	5,3
70	30	230	180	17,5	200	35,0	5,4
70	30	230	180	17,5	200	40,0	5,6
70	30	230	180	17,5	200	45,0	5,7
70	30	230	180	17,5	200	50,0	5,8
70	30	230	180	17,5	200	55,0	5,9
70	30	230	180	17,5	200	60,0	5,9

Как видно по полученным результатам, содержание влаги 17,5% позволило добиться максимальной прочности брикета (сопротивление раздавливанию составило 5,7 МПа) при оптимальном составе и прочих равных условиях.

Следующим шагом стало определение давления прессования, позволяющего достичь максимальной прочности готового брикета.

Как видно из данного графика, при увеличении давления прессования от 220 МПа и выше, не происходит увеличения прочности готового брикета. Именно поэтому, указанная величина давления прессования, обеспечивающая прочность 5,7-5,8МПа, в дальнейшем будет считаться оптимальной.

Влияние выдержки под давлением на прочность брикета составляет 1,2–1,3 МПа, поэтому данный параметр в дальнейшем будет рассматриваться только с точки зрения производительности оборудования. Результаты данной серии экспериментов приведены в табл. 4.

Следующий уровень факторов, влияющих на прочность брикета, изготовленных из хвостов флотации и смеси шлама и пыли – повышение прочности брикета по результатам проведения сушки (термической обработки). В этом направлении были проведены две серии экспериментов. В общей сложности, максимально эффективно проведенная термическая обработка брикетов позволяет повысить прочность с 1МПа до 5,4 МПа. Результаты данных экспериментов приведены на графиках, изображенных в табл. 5 и 6.

Таблица 5

Зависимость прочности брикетов от температуры сушки

Хвосты	Смесь шлама и пыли	Влажность	Температура	Прод-ть то	Прочность
70	30	17,5	50,0	120,0	0,9
70	30	17,5	75,0	120,0	2,3
70	30	17,5	100,0	120,0	3,2
70	30	17,5	125,0	120,0	4,0
70	30	17,5	150,0	120,0	4,6
70	30	17,5	175,0	120,0	5,0
70	30	17,5	200,0	120,0	5,2
70	30	17,5	225,0	120,0	5,4
70	30	17,5	250,0	120,0	5,4

Таблица 6

Зависимость прочности брикетов от продолжительности проведения процесса сушки

Хвосты	Смесь шлама и пыли	Влажность	Температура	Прод-ть то	Прочность
70	30	17,5	225	30,0	3,1
70	30	17,5	225	60,0	3,9
70	30	17,5	225	90,0	4,9
70	30	17,5	225	120,0	5,4
70	30	17,5	225	150,0	5,4
70	30	17,5	225	180,0	5,4

В табл. 7 приведены оптимальные режимы брикетирования.

Таблица 7

Оптимальные режимы брикетирования отходов алюминиевых производств

Параметр	Значение
Содердание хвостов флотации в шихте для брикетирования	70%
Содержание смеси шлама газоочистки и пыли электрофильтров в шихте для брикетирования	30%
Влажность шихты для брикетирования	17,5%
Давление прессования	220МПа
Выдержка под давлением	До 50 мин
Температура термообработки	225°С
Продолжительность термообработки	До 180 мин
Прочность готового брикета при оптимальных параметрах брикетирования	До 5,9МПа

Выводы: В результате выполнения исследований по брикетированию фторуглеродсодержащих отходов производства алюминия, были определены параметры, позволяющие получать брикеты, обладающие наибольшей прочностью, что позволяет использовать их в черной металлургии.

Список литературы Технология брикетирования фторуглеродсродержащих отходов производства алюминия

Баранов А.Н., Янченко Н.И., Гавриленко Л.В. -Экологические проблемы металлургического производства: учеб. Пособие. -Иркутск: Изд-во ИрГТУ, 2007. -208 с.
Зельберг Б.И., Рагозин В.Л., Баранцев А.Г. и др. Справочник металлурга. Производство алюминия и сплавов на его основе. Изд 2 исп. -СПб.: МАНЭБ, 2014. -672 с.
Якушевич П.А., Баранов А.Н., Гавриленко Л.В. Брикетирование отходов производства алюминия: В сб. «Перспективы развития технологии переработки углеводородных, растительных и ми-неральных ресурсов Материалы научно-практической конфе-ренции с международным участием» (Иркутск, 24-25 апреля 2012 г.). -Изд-во ИрГТУ, 2012. -С. 196-198.

Статья