Способ получения гранулированных фтористых солей для электролитического производства алюминия

 

Порошкообразный фторсодержащий материал предварительно измельчают до содержания в нем фракции не более 8 мкм в количестве не менее 25 мас.%, увлажняют, а после увлажнения осуществляют термообработку подсушенных гранул при 300-350°С. В качестве фторсодержащего материала используют фтористый алюминий, технический криолит, смеси фтористого алюминия с криолитом и фтористым натрием, смесь технического криолита с фтористым натрием. Получают гранулированный материал, средняя разрушающая нагрузка которого до 13 кг/гранулу. 1 з.п. ф-лы, 2 табл.

Изобретение относится к химической технологии и может быть использовано для получения гранулированных фтористых солей, применяемых в электролитическом производстве алюминия.

Корректировка электролита и питание электролизера фтористыми солями в компактном виде позволяет на 25-30% сократить выделение фтористых соединений в атмосферу и их расход.

Известен способ получения гранулированного криолита из пасты влажностью 18-25% в противоточной вращающейся барабанной печи с внутренним обогревом, включающий нагрев пасты при линейной скорости вращения барабана печи 0,14-0,22 м/с сначала до 200-300^оС со скоростью 5-10^оС/мин, а затем до 800-900^оС со скоростью 30-40^оС/мин. Данный способ по технической сущности и достигаемому результату принят за прототип.

При получении продукта по этому способу значительны энергозатраты и потери фтора в процессе, ограничены технологические возможности применения получаемого гранулированного продукта.

Для снижения энергозатрат и расширения технологических возможностей применения продукта в способе получения гранулированных фтористых солей для электролитического производства алюминия, включающем гранулирование увлажненных фтористых солей и термообработку гранул, перед гранулированием порошкообразные исходные соли предварительно измельчают до содержания в них фракции размером не более 8 мкм в количестве не менее 25 мас.%, а в качестве фтористых солей используют или фтористый алюминий, или технический криолит, или их смесь, или смесь фтористого алюминия с фтористым натрием, или смесь технического криолита с фтористым натрием.

Фтористые соли для алюминиевой промышленности получают на специализированных производствах в виде мелкокристаллических продуктов со средними размерами частиц: 20-30 мкм - криолит, 10-80 мкм - фторид алюминия, 200-400 мкм - фторид натрия.

Экспериментально установлено, что при содержании в порошкообразном фторсодержащем материале любого состава фракции не более 8 мкм в количестве не менее 25 мас. % , интенсифицируется процесс гранулообразования материала, резко снижаются энергозатраты при термообработке за счет снижения температуры.

Технология дает возможность гранулировать смеси фтористых солей при любых соотношениях компонентов, а также и однокомпонентного состава, например фтористый алюминий, гранулирование которого без связующих или других компонентов ранее не производилось. Способ позволяет получать гранулированный материал с практически неограниченными технологическими возможностями его применения в электролитическом производстве алюминия, обеспечивает достаточную прочность гранул и высокую плотность - 1,8-1,9 кг/см³. В 1,8-2 раза снижаются энергозатраты в процессе без снижения качества готового продукта.

Гранулирование фтористых солей осуществляют следующим образом: производят измельчение порошкообразного фторсодержащего материала в шаровой мельнице тонкого помола до содержания в нем фракции не более 8 мкм в количестве не менее 25 мас.%, крупность частиц материала определяют на лазерном гранулометpе "Cilas 715"; увлажняют полученный материал до содержания в нем влаги 20-22% и на тарельчатом грануляторе производят гранулирование; производят естественную сушку гранул на воздухе в течение 6-8 ч; проводят прокалку гранул при 300-350^оС в течение 30 мин.

При содержании в составе фторсодержащего материала фракции не более 8 мкм в количестве менее 25 мас.%, затруднен процесс гранулирования и получаемые гранулы имеют малую плотность и прочность.

Естественная сушка на воздухе в течение 6-8 ч предназначена для удаления из гранул капиллярной влаги.

Термообработка при 300-350^оС в течение 30 мин - для удаления из гранул адсорбционной и гидратносвязанной влаги. При температурах термообработки менее 300^оС значительна остаточная влажность гранул, что ведет в дальнейшем к пирогидролизу фтористого алюминия к росту потерь фтора.

Необходимым условием гранулообразования является увлажнение порошкообразного фторсодержащего материала, содержащего не менее 25 мас.% фракции не более 8 мкм, до содержания влаги 20-22%. При содержании влаги менее 20% гранулообразование либо затруднено, либо не происходит совсем. При содержании влаги более 22% в гранулах сохраняется значительная остаточная влажность, что влечет рост энергозатрат при термообработке.

Различные варианты компонентного состава порошкообразного фторсодержащего материала позволяют значительно расширить технологические возможности применения получаемого гранулированного продукта и использовать его как для корректировок состава электролита, так и для питания электролизера фтористыми солями.

Гранулы, имеющие плотность 1,8-1,9 г/см³, частично погружаются в электролит (плотность 2,1 г/см³), что в значительной мере снижает потери фтористых солей, в основном фтористого алюминия, за счет возгонки.

П р и м е р 1. 10 кг технического фторида алюминия по ГОСТ 1918-78 с содержанием AlF₃ 91,8% и потери при прокалке (п.п.п.) - 1,9% измельчали в лабораторной шаровой мельнице емкостью 90 л в течение 2 ч. После измельчения определяли крупность полученного продукта на лазерном гранулометре модели "CiLaS ₇₁₅". Содержание частиц с размерами 8 мкм и менее составляло 25,6% . Измельченный материал гранулировали на крупнолабораторном тарельчатом грануляторе с диаметром тарелки 1 м. При этом на тарель гранулятора разбрызгивали 2,5 л воды. Полученные гранулы с начальной влажностью 20% выдерживали при комнатной температуре в течение 6 ч, а затем просушивали в муфельной печи при температуре 300±5^оС в течение 30 мин. Готовый продукт был представлен гранулами с размером от 4 до 20 мм. Плотность материала в гранулах составила 1,8 г/см³. Для механических испытаний были отобраны гранулы сферической формы с диаметром 10±0,5 мм. Испытания проводили на лабораторном прессе путем раздавливания гранул между параллельными плоскостями. Средняя разрушающая нагрузка составила 11 кг/гранулу. Содержание основного вещества в гранулированном продукте составило 91,3%, п.п.п. 2,2%. Потери фтора при термообработке составили 0,5%.

П р и м е р 2. 10 кг технического криолита по ГОСТ 10561-80 с содержанием F 54,8% Na 25,8%, Al 17,1% п.п.п. 1,0% измельчали в лабораторной мельнице в течение 2 ч и определяли размеры частиц полученного материала на лазерном гранулометре. Содержание частиц с размерами 8 мкм и менее составило 25,8%. Этот порошкообразный криолит гранулировали на лабораторном тарельчатом грануляторе при одновременном увлажнении, для чего на гранулятор подавали 2,8 л воды. Полученные гранулы с начальной влажностью 21,8% выдерживали при комнатной температуре в течение 7 ч, а затем сушили в муфельной печи при температуре 300±5^оС в течение 30 мин. Готовый продукт был представлен гранулами от 5 до 15 мм с плотностью 1,9 г/см^3. Для механических испытаний были отобраны гранулы сферической формы с диаметром 10±0,5 мм. Средняя разрушающая нагрузка составила 12,5 кг/гранулу. Потери фтора при термообработке cоcтавили 0,22%.

Результаты экспериментов по обработке технологических параметров процесса и свойства получаемых гранулированных материалов приведены в табл.1 и 2. В табл.1 приведены компонентные и фракционные составы и влажность подаваемых на гранулирование порошкообразных фторсодержащих материалов; а в табл.2 - параметры термообработки и свойства гранулированных материалов.

Формула изобретения

1. СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ ГРАНУЛИРОВАННЫХ ФТОРИСТЫХ СОЛЕЙ ДЛЯ ЭЛЕКТРОЛИТИЧЕСКОГО ПРОИЗВОДСТВА АЛЮМИНИЯ, включающий гранулирование увлажненных фтористых солей и термообработку гранул, отличающийся тем, что перед гранулированием порошкообразные исходные соли предварительно измельчают до содержания в них фракции размером не более 8 мкм в количестве не менее 25 мас.%.

2. Способ по п.1, отличающийся тем, что в качестве фтористой соли используют фтористый алюминий, или технический криолит, или их смесь, или смесь фтористого алюминия с фтористым натрием, или смесь технического криолита с фтористым натрием.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2, Рисунок 3