Способ переработки кремнефторида натрия

 

Использование: переработка отходов с получением кремнеалюминиевых сплавов. Сущность изобретения: смешивают стехиометрические количества кремнефторида натрия и оксида алюминия, помещают слой реагентов толщиной 50-100 мм на корку работающего алюминиевого электролизера, сверху насыпают слой оксида алюминия толщиной 70-150 мм, взаимодействия осуществляют не менее 3ч и продукты взаимодействия погружают в электролит при продолжении электролиза. 1 ил., 3 табл.

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ

ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМ

ПРИ ГКНТ СССР

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

AIF3 TB Bo3lîíêà А!Ра, (21) 4865360/26 (22) 07.06.90 (46) 15;11.92.Бюл.!ч . 42 (71) Иркутский политехнический институт (72) А.И.Бегунов, E.À.Ãðå÷êèíà и А.А.Яковле(56) Авторское свидетельство СССР

М 1682310, кл. С 01 В 35/10, 1988. (54) СПОСОБ ПЕРЕ РАБОТКИ КРЕМНЕФТОРИДА НАТРИЯ

Изобретение относится к переработке кремнефтористого натрия, а также к электрометаллургии алюминия и производству его сплавов с кремнием. Создание изобретения связано с актуальной проблемой развития беэотходной технологии фторсодержащих продуктов. В настоящее время подобные продукты в большом количестве скапливаются в отвалах, т.к. способы переработки их сложны и экологически не безвредны.

В настоящее время криолит получают по методу, основанному на взаимодействии растворов фтористого алюминия и фтористого натрия, которые получают иэ кремнефтористоводородной кислоты путем обработки ее гидроокисью алюминия и содой. При этом качество криолита уступает лучшим зарубежным образцам.

Наиболее близким по технической сущности является способ, в котором с целью

„, Ы,, 1775363 Al (5!)з С 01 F 7/00, С 01 В 33/00 (57) Использование: переработка отходов с получением кремнеалюминиевых сплавов.

Сущность изобретения: смешивают стехиометрические количества кремнефторида натрия и оксида алюминия, помещают слой реагентов толщиной 50-100 мм на корку работающего алюминиевого электролизера, сверху насыпают слой оксида алюминия толщиной 70-150 мм, взаимодействия осуществляют не менее Зч и продукты взаимодействия погружают в электролит при продолжении электролиза. 1 ил., 3 табл. более полного извлечения фтора за счет двукратного связывания его в виде фторидов металлов кремнефтористый натрий подвергают переработке в несколько стадий: стадия нагрева кремнефтористого натрия с получением фторида натрия и тетрафторсилана по реакции:

Йа2 $!! 6=2йа! +$!Е4 (1) и улавливание последнего; пропускание тетрафторсилана через оксид алюминия, получение фторида металла

$!! 4+А!203А!! 3+$!02 (2) разделение продуктов по реакции (2) за счет возгонки с последующей конденсацией фтористого алюминия ноккн-О (3)

Продукты переработки NaF и А! Рз предложено использовать в качестве более дешевых компонентов шихты для электролититческого производства алюми1775363

4 сырьем

15

30

35 ки корки и предлагаемую операцию

50 подшихтовки электролита продуктами реакции (4) можно разделить. В результате пояВится возможность точнее регулировать состав алюминиево-кремниевого сплава по содержанию кремния и получать сплавы в

55 широком диапазоне содержаний его (от низко — до Высококремнистых).

Процесс переработки кремнефтористого натрия может быть непрерывным, Ila одной ванне, на нескольких ваннах или же периодическим.

HII55, Авторы предлагают реакци1о (l) проводлть при температуре не ниже 500 С.

Для проведения процессов по рассмотрениным стадиям, очевидно, потребуется сложное технологическое оборудование, 5

Цель изобретения закл1очается В снижении энергетических затрат, упрощении процесса и обеспечении эко51огической чистоты процесса за счет возможности переработки кремнефтористого натрия в уже име1ощемся и работа1ощем устройстве(ал1оминиевом электролизере) с использованием тепла, не предназначенного для достижения цели, а выделя1ощегося в алектролизере частично на потери в окружа1ощу о c:ðeäó, Обеспечение экологической чистсп;;! достигается за счет возмо>кности двойногo связь1вания фторсодер>кащих и роду ктов (хим ичес кое взаимодействие в слое смеси и адсорбционное — в защитном слое).

Стехиометрическую смесь кремнефтористога натр1ля и оксида алюмлния засыпа;ог на корку электролита алюминиевого эле:тролизера слоем толщиной 50-100 мм, 2 поверх засыпа1от слой из оксида ал1оминия толщиной 70-150 мм, выдерживают их несколько часов, после чего, разрушая корпус, погружают пргэдукты ВзаимодеЙствия В электролит, В c,-. О=c п редла гасмого способа лежит реакн}1я

3Г lo>SI Б+2АI>0>=6NGF+4А1F>+3SI07 (4)

> казанная реакция про1\сходит В слое смеси ",сходных компонен ов при температурах порядка 500 С. При этом с оксидом ал1оминня Взаимодействует не продукт термического разложения кремнсфтористого натрия, как в прототипе, а сам кремнефторид натрия, Продукты этого взаимодейст- 4

Вия погружают в расплав электролита, причем фтористые соли ал1оминия и натрия явля1отся обычными составл5пощими криолито-глиноземного расплава, кремни1л переходит в катодный металл. При та<ом 4 способе переработки исключаются стадии разделения кремнезема и фтористого ал1Оминия путем трудоемких операций возгонки и конденсации последнего. Продуктом переработки являются алюминиево-кремниевые сплавы, широко используемые в промышленности. При проведении патснтного поиска не Выявлено решений, обладающих той же совокупностью признаков, которая отличает предлагаемое нами решение, Все признаки, присущие решени1о, органично раб1ота1ОТ на достижение цели изобретения: для переработки кремнефторида натрия используется отла>кенный ме ханизм электролиза алюминия, тем более, что некоторые сибирские ал1аминиевые заводы испытыва1от сейчас трудности с

Внедрение решения не повлечет за собой необходимость разработки и создания аппаратов для описанных ранее стадий (реакции 1-3), поддержания в них определенных технологических режимов (температура, давление), что неизбе>кно связано с энергозатратами, обеспечение герметичности аппаратов и комму11икаций.

Использование работающих аппаратов (электролизеров) и утилизация их тепла позволяют говорить о снижении материальных и энергозатрат. Продукты реакции (4) являются твердофазными, загрязнение ими атмосферы цеха, воздуха вблизи завода искл1очено, Наличие защитного слоя из оксида алюминия надежно герметизирует реакционную зону так, что даже в случае разло>кения кремнефторида натрия образуется газообразный тетрафторсилан по реакции (1), то он будет связан В защитном слое с оксидом (реакция (2). Обеспечение экологической чистоты обусловлено самим способом реализации процесса.

Для реализации способа предлагаем использовать типовой электролизер для получения алюминия, На корку электролита, имеющуюся у нормально работа1ощего электролизера, засыпают слой стехиометрической смеси кремнефтористого натрия и

Оксида алюмини51. Защитный слОЙ Оксида ал1оминия поверх реакционного слоя необходим для герметизации и утепленля реакционного слоя, Насыпной слой оксида ал1оминия активно адсорбирует возможные газообразные продукты, поэтому необходимо иметь его толщину около 10 см, При обрушении корки газообразные продукты будут собираться и в систему газосбора, Засыпку слоя реакционной смеси можно организовать по продольным сторонам электролизера, где периодически производится технологическая операция пробивки корки, а также по поперечным сторонам электролизера. В псследнем случае технологически необходимую операци1о пробив1775363

10

55

При реализации способа возникает необходимость подготовки стехиометрической смеси кремнефторида натрия и оксида алюминия. Ее можно изготовить с помощью уже известных способов смешения порашкообразных материалов, Смесь может быть использована при внедрении на заводах систем автоматического питания электролизеров глиноземом (АПГ).

На чертеже изображен схематичный разрез алюминиевого электролизера, Электролизер состоит из анода 1. погруженного в расплавленный электролит 5, и катодного ко>куха, футерованного подовыми 3 и боковыми 4 углеграфитовыми блоками. Катодный продукт — сплав алюминия и кремния — расположен на падине 2 под слоем электролита. Гарниссаж 6, дополнительно изолирующий боковую футеравку. и корочка застывшего электролита 7 над рабочим пространством технологически необходимы. Дополнительный слой смеси кремнефторида натрия с оксидом алюминия 8 предло>кена размещать на сформировавшейся застывшей корочке, насыпая поверх слой оксида алюминия 9 для герметизации и утепления.

Пример. В электролизере С 8-БМ с шириной анода 2800 мм и верхним токоподводом при очередной засыпке глинозема на корку электролита вместо глинозема засыпают стехиометрическую смесь кремнефтористого натрия с глиноземом в количестве 10 кг слоем толщиной 50 мм по продольным сторонам ванны.

Массовое соотношение компонентов в смеси, кг Na2SIFg 7,3; AI203 2,7. Поверх реакционного засыпается защитный слой глинозема толщиной 100 мм, после чего эта ванна продолжает работать в обычном технологическом режиме при 950-960 С и при очередной пробивке корки через 6 ч в расплав погружается 3,3 кг NaF, 4,4 кг А! Ез и 2,3 кг Si02 и продуктом электролиза является низкокремнистый сплав алюминия, Примеры при других величинах толщины слоя реакционной смеси (h1) при той же толщине защитного слоя (hz), равной 0,1 м, и времени, равном 3 ч, представлены в табл.1. В табл. 2 показано количество реакционной смеси (п1), обеспечивающее на площади 2.5 м необходимую толщину слоя.

Площадь 2,5 м взята иэ соображений. что смесь будет засыпаться на корку электролита между анодом и боковой стенкой (это расстояние около 0,5 M) на протяжении 5 M с одной стороны обычного электролизера с верхним токоподводом типа С8-I=:M.

Целесообразный диапазон толщины слоя реакционной смеси находится в преде15

45 лах 0,05-0,1 м. Нижний предел определяется тем, что надо использовать нерационально малые количества реакционной смеси, а верхний — тем, ч.го ванна будет пересыщена кремнием (SI»50$).

Т.к, в формуле изобретения предполагается изменение толщины защитного слоя (h2) глинозема ат 0,07 м до 0,15 м, покажем целесообразность выбора этого диапазона для времени 3 ч на той же площади 2,5 м через расчет количества оксида алюминия в защитном слое (m z), обеспечивающего засыпку слоя необходимой толщины (табл.2), Для того, чтобы связать весь фтор, внесенный в слой реакционной смеси толщиной 0.07 м, необходимо 424 кг AI20a, а минимальная толщина реакционного сгоя

0,05 м требует засыпки на рассматриваемую площадь 320 кг AIzOz. Это свидетельствует о целесообразном диапазоне, составляющем 350-750 кг Aiz0g, по толщине слоя соответственно 0,07-0,15 м. Максимальная величина защитнога слоя 0,15 м при средней величине реакционного слоя 0,07 м обеспечивает избыток А!гОз и является свидетельством возможности полного связывания фтора, что гарантирует экологическую чистоту процесса, указанную в цели изобретения, Достижение цели изобретения по сни>кению материальных затрат показывает такой небольшой расчет. Для получения 1 т алюминия требуется около 72 кг криалита и фторсолей. Использование кремнефторида натрия, дающего эти компоненты электролита, позволит дополнительно получить некоторое количество алюминия (табл.3), Возможность получения дополнительного металла за счет использования кремнефторида натрия при различной тОлщине слоя реакционной смеси показана s табл.,1, Достижение цели изобретения по снижению энергетических затрат поясняет пример. Для производства 1 т силумина расходуется около 140 кВт ч силовой электроэнергии, а 1 т алюминия — более

110 кВт ч, т.е. получение 1 т силумина в алюминиевом электролизере позволит сэ" кономить 140 кВт ч электроэнергии.

Таким образом, способ позволяет на имеющемся технологическом оборудовании переработать продукт (кремнефтористый натрий), который в настоящее время чаще идет в отвалы, получать нужные в народном хозяйстве сплавы. Процесс переработки отличается экологической чистотой, является энерго- и ресурсосберегающим.

1775363

Таблица 1.Таблица 2

Таблица 3

Формула изобретения

Способ переработки кремнефторида натрия, включающий взаимодействие кремнефторспдержащего вещества с оксидом 5 алюмини.. при нагревании, о тл и ч à ю щ ий с я тем, что, с целью снижения энергозатрат, упрощения процесса и улучшения его экологичности, на взаимодействие подают смесь стехиометрических количеств крем- 10 нефторида натрия и оксида алюминия, взаимодействие осуществляют в течение не менее трех часов в слое реагентов толщиной

50-100 мм, имеющем покрытие из слоя оксида алюминия толщиной 10-150 мм, причем процесс ведут на корке электролита работающего алюминиевого электролизера и продукты взаимодействия погружают в электролит при продолжении электролиза.

1775363

Составитель Т.Шестакова

Техред M.Ìoðãåíòàë Корректор П.Гереши

Редактор

Производственно-издательский комбинат "Патент", r. Ужгород, ул.Гагарина, 101

Заказ 4016 Тираж Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., 4/5