Способ переработки фторуглеродсодержащих отходов алюминиевого производства



Способ переработки фторуглеродсодержащих отходов алюминиевого производства
Способ переработки фторуглеродсодержащих отходов алюминиевого производства
Способ переработки фторуглеродсодержащих отходов алюминиевого производства
Способ переработки фторуглеродсодержащих отходов алюминиевого производства
Способ переработки фторуглеродсодержащих отходов алюминиевого производства
Способ переработки фторуглеродсодержащих отходов алюминиевого производства
Способ переработки фторуглеродсодержащих отходов алюминиевого производства
Способ переработки фторуглеродсодержащих отходов алюминиевого производства

 


Владельцы патента RU 2586389:

Общество с ограниченной ответственностью "Безотходные и малоотходные технологии" (ООО "БМТ") (RU)

Изобретение относится к способу переработки фторуглеродсодержащих отходов производства алюминия электролизом расплавленных солей. Способ включает высокотемпературную обработку отходов в присутствии кислородсодержащего газа с получением вторичного сырья для производства алюминия, обработку отходов осуществляют путем газификации с получением горючего фторсодержащего синтез-газа и твердых продуктов газификации. При этом содержание углерода и углеродсодержащих веществ во фторуглеродсодержащих отходах поддерживают не менее 43 вес.%. В качестве фторуглеродсодержащих отходов алюминиевого производства используют отработанную угольную футеровку электролизеров, огарки обожженных анодов, пыль электрофильтров, шлам газоочистки, хвосты флотации электролитной угольной пены или смесь перечисленных отходов в различных комбинациях. В качестве кислородсодержащего газа используют смесь водяного пара с воздухом и/или кислородом. Переработку отходов могут осуществлять методом плазменной газификации в т.ч. в плазме водяного пара, а получаемый горючий фторсодержащий синтез-газ используют в качестве источника тепловой энергии в различных технологических процессах производства алюминия, в частности для сушки смешанного криолита, при обжиге кокса и анодных блоков. Фторсодержащие соединения, входящие в состав синтез-газа или продуктов его сгорания, улавливают на сухой адсорбционной и/или мокрой абсорбционной газоочистках и возвращают в электролиз алюминия, а твердые продукты газификации перерабатывают на глинозем или без переработки возвращают в процесс электролиза алюминия. Обеспечивается снижение энергозатрат. 16 з.п. ф-лы, 6 табл., 1 ил.

 

Изобретение относится к производству алюминия электролизом расплавленных солей и может быть использовано для переработки фторуглеродсодержащих отходов этого производства.

В процессе электролитического производства алюминия образуются твердые фторуглеродсодержащие отходы: отработанная футеровка электролизеров, огарки обожженных анодов, пыль электрофильтров, шлам газоочистки, хвосты флотации электролитной угольной пены, содержащие полезные компоненты, которые после соответствующей переработки можно вернуть в процесс получения алюминия.

Известен способ переработки фторсодержащих отходов электролитического производства алюминия, который включает загрузку отходов в металлургическую печь, нагрев, выдержку в течение 0,5-1,0 часа. При этом в отходы перед нагревом вводят добавку фтористых солей щелочноземельных и/или щелочных металлов в количестве 1-5%. Нагрев ведут до температуры 1100-1300°C и проводят выдержку при этой температуре без доступа воздуха или с ограничением доступа с подачей газообразных продуктов реакции в систему сухой газоочистки. Затем ведут разделение фаз электролита и углерода в виде углеродного остатка. Техническим результатом изобретения является утилизация отходов, извлечение из отходов ценных компонентов и возвращение их в технологический процесс (Пат. РФ 2472865, C22B 21/00, C25C 3/18, C22B 7/00, 2013 г.) [1].

К недостаткам известного способа относятся:

- сложность осуществления процесса без доступа воздуха;

- использование дополнительных реагентов в виде фтористых солей щелочноземельных и/или щелочных металлов;

- значительные энергозатраты на поддержание температуры процесса 1100-1300°C;

- ограниченное применение углеродного остатка ввиду остаточного содержания в нем фтористых соединений.

Известен способ получения фтористого водорода из твердых фторуглеродсодержащих отходов алюминиевого производства, включающий их гидролиз водяным паром при повышенной температуре в присутствии окислителя, отличающийся тем, что, с целью повышения степени извлечения фтора, фторуглеродсодержащие отходы подают в реакционную зону в виде частиц размером 0,001÷1,0 мм, которые приводят в движение по замкнутой цилиндрической траектории с фактором разделения (1÷100)×103 (Пат. РФ 2022914, C01B 7/19, 1994 г.) [2]. Известное изобретение обеспечивает высокое (до 98,5%) извлечение фтора из отходов в виде фтористого водорода.

Однако известное решение требует предварительного измельчения ряда твердых фторуглеродсодержащих отходов алюминиевого производства, в частности отработанной футеровки и огарков анодов, до крупности частиц менее 1 мм, а также специального оборудования, обеспечивающего движение частиц при повышенной температуре по замкнутой цилиндрической траектории с определенным фактором разделения.

Известен способ переработки фторуглеродсодержащих отходов электролитического производства алюминия, включающий подачу в реактор твердых фторуглеродсодержащих отходов и кислородсодержащего газа, высокотемпературный обжиг с получением вторичного сырья для производства алюминия, отличающийся тем, что на обжиг подают мелкодисперсные фторуглеродсодержащие серосодержащие отходы, в которых поддерживают весовое отношение фтора к сере не менее 4:1, а в качестве кислородсодержащего газа подают на обжиг анодные газы электролитического производства алюминия из системы организованной газоочистки. Причем на обжиг могут подавать фторуглеродсодержащие отходы в виде суспензии, в которой поддерживают весовое отношение Ж:Т равным 0,5÷1,5:1 (Пат. РФ 2247160, C25C 3/06, C22B 7/00, 2005 г.) [3]. Известное решение предусматривает комплексную переработку как твердых, так и газообразных фторуглеродсодержащих отходов электролитического производства алюминия.

По технической сущности, наличию сходных признаков данное решение выбрано в качестве ближайшего аналога.

С позиции предлагаемого способа, в способе по ближайшему аналогу отмечен ряд недостатков. В частности, область использования изобретения ограничена переработкой только мелкодисперсных фторуглеродсодержащих отходов с ограниченным содержанием серы (весовое отношение фтора к сере не менее 4:1). Кроме того, термическое обезвреживание вредных составляющих анодных газов и отходов в процессе обжига фторуглеродсодержащих отходов требует дополнительных энергозатрат. При этом выделяющаяся тепловая энергия либо не используется, либо используется частично при охлаждении направляемых на газоочистку дымовых газов.

Задачей предлагаемого изобретения является повышение эффективности высокотемпературной переработки фторуглеродсодержащих отходов с получением энергоресурсов в виде горючего газа, вторичного фторсодержащего и глиноземсодержащего сырья для производства алюминия.

Технический результат при внедрении изобретения:

- увеличение количества видов перерабатываемых фторуглеродсодержащих отходов, в т.ч. за счет переработки кусковых отходов (угольная футеровка электролизеров, огарки обожженных анодов);

- получение горючего синтез-газа газификацией фторуглеродсодержащих отходов и его использование в качестве энергетического и технологического топлива взамен традиционных энергоносителей в различных технологических процессах, связанных с производством алюминия;

- практическое отсутствие энергозатрат на высокотемпературную переработку отходов за счет использования части тепла, выделяющегося при газификации фторуглеродсодержащих отходов;

- перевод фтора, содержащегося в отходах, в газовую фазу с последующим улавливанием и возвратом в процесс электролитического получения алюминия;

- использование твердых продуктов газификации отходов, представленных, в основном, оксидами алюминия и натрия с примесью фтористых солей в качестве сырья для производства глинозема или алюминия.

Технический результат достигается тем, что в способе переработки фторуглеродсодержащих отходов алюминиевого производства, включающем высокотемпературную обработку отходов в присутствии кислородсодержащего газа с получением вторичного сырья для производства алюминия, обработку отходов осуществляют методом газификации с получением горючего фторсодержащего синтез-газа и твердых продуктов газификации. При этом содержание углерода и углеродсодержащих веществ во фторуглеродсодержащих отходах поддерживают не менее 43% вес. В качестве фторуглеродсодержащих отходов алюминиевого производства используют угольную футеровку с отключенных на капитальный ремонт электролизеров, огарки обожженных анодов, пыль электрофильтров, шлам газоочистки, хвосты флотации электролитной угольной пены или смесь перечисленных отходов в различных комбинациях. В качестве кислородсодержащего газа используют смесь водяного пара с воздухом и/или кислородом. Переработку отходов могут осуществлять методом плазменной газификации, в т.ч. в плазме водяного пара, а получаемый горючий фторсодержащий синтез-газ используют в качестве источника тепловой энергии в различных технологических процессах производства алюминия, в частности для сушки смешанного криолита, при обжиге кокса и анодных блоков. Фторсодержащие соединения, входящие в состав синтез-газа или продуктов его сгорания, улавливают на сухой адсорбционной и/или мокрой абсорбционной газоочистках и возвращают в электролиз алюминия, а твердые продукты газификации перерабатывают на глинозем или без переработки возвращают в процесс электролиза алюминия.

Техническая сущность заявляемого технического решения заключается в следующем. В предлагаемом решении вместо традиционного сжигания фторуглеродсодержащих отходов с затратами энергии и получением углекислого газа CO2 и водяного пара H2O предлагается газифицировать отходы в газогенераторе с получением синтез-газа, содержащего горючие компоненты: моноокись углерода СО, водород Н2 и метан CH4.

Газификация является высокотемпературным термохимическим процессом взаимодействия органической массы с газифицирующими агентами, в результате чего органические продукты превращаются в горючие газы. Наиболее широко распространены слоевые газогенераторы прямого и обратного горения, а также газогенераторы с псевдоожиженным (кипящим) слоем. Реже используются более эффективные, но дорогостоящие плазменные газогенераторы. Температура реакционной зоны в слоевых газогенераторах и газогенераторах с кипящим слоем составляет 1000÷1200°C. В плазменных газогенераторах температура реакционной зоны может достигать 3000÷5000°C.

Различают несколько видов процесса газификации:

- по направлению потока газов в газогенераторе - прямой и обращенный;

- по способу подвода энергии - автотермический и аллотермический. При автотермическом процессе тепловая энергия для достижения необходимого температурного уровня поступает от сгорания части органического сырья, а при аллотермическом процессе - подводится извне.

В качестве газифицирующих агентов могут быть использованы воздух, кислород, водяной пар, диоксид углерода и их смеси.

К наиболее масштабным видам фторуглеродсодержащих отходов алюминиевого производства относятся:

- мелкодисперсные отходы:

- пыль электрофильтров из системы газоочистки;

- шлам газоочистки;

- хвосты флотации электролитной угольной пены;

- кусковые отходы:

- угольная футеровка с отключенных на капитальный ремонт электролизеров;

- огарки обожженных анодов.

По содержанию углеродсодержащих веществ перечисленные выше отходы существенно различаются между собой. Пыль электрофильтров и шлам газоочистки содержат до 40% углерода и 3÷8% смолистых веществ. Концентрация углерода в хвостах флотации составляет 75÷82%, в угольной футеровке - 50÷75%, в огарках обожженных анодов - до 94%.

В перечисленных отходах максимальная концентрация фтора в пыли электрофильтров и шламе газоочистки - до 25%, в угольной футеровке - 10÷15%, в хвостах флотации 6÷10%, в огарках анодов до 1,5%. Фтор в отходах связан с натрием и алюминием в натриевые фторалюминаты: криолит и хиолит, а также с кальцием в CaF2.

Газификацию фторуглеродсодержащих отходов целесообразно проводить в слоевых газогенераторах или газогенераторах кипящего слоя с использованием в качестве газифицирующего агента смеси водяного пара с кислородом или с воздухом, обогащенным кислородом, или в газогенераторах с использованием плазмы. В случае газификации мелкодисперсных фторуглеродсодержащих отходов в слоевых газогенераторах, отходы предварительно необходимо брикетировать для обеспечения необходимой газопроницаемости слоя.

Экспериментально установлено, что газификацию фторуглеродсодержащих отходов с содержанием углеродсодержащих веществ менее 43% вес. проводить нецелесообразно, т.к. в этом случае снижается выход синтез-газа, также необходимо затрачивать дополнительное тепло на нагрев отходов и их газификацию.

Часть энергии, выделяющаяся при газификации отходов, расходуется непосредственно на процесс газификации и на компенсацию технологических потерь. Состав получаемого синтез-газа зависит от состава отходов, от состава газифицирующего агента и аппаратурного оформления процесса. Во всех случаях основными горючими составляющими синтез-газа являются моноокись углерода СО и водород Н2. При газификации отходов, в результате взаимодействия твердых фторидов с парами воды, в газовую фазу выделяется фтористый водород HF. Таким образом, при газификации фторуглеродсодержащих отходов получают фторсодержащий синтез-газ.

Одним из возможных эффективных вариантов газификации отходов алюминиевого производства является их переработка в газификаторах с использованием плазмы, в т.ч. в плазме водяного пара. Плазменной газификацией можно перерабатывать широкий спектр отходов при минимальных затратах на их подготовку.

Получаемый горючий фторсодержащий синтез-газ используют в качестве источника тепловой энергии в различных технологических процессах производства алюминия взамен традиционных энергоносителей: мазута, дизельного топлива, угольной пыли. Использование синтез-газа возможно для сушки вторичного криолита в барабанных сушилках, для обжига кокса в трубчатых вращающихся печах и обжига анодных блоков в камерных печах.

Фторсодержащий синтез-газ может быть использован в качестве топлива без предварительной очистки от фтористых соединений или после очистки от них. Фторсодержащие соединения, входящие в состав синтез-газа или продуктов его сгорания, улавливают на сухой адсорбционной и/или мокрой абсорбционной газоочистках и возвращают в электролиз алюминия. В частности, на алюминиевых заводах барабанные сушилки для сушки вторичного криолита оборудованы абсорбционными установками, на которых фторсодержащий газ улавливают из дымовых газов раствором кальцинированной соды. Получаемый фтор-содо-бикарбонатный раствор перерабатывают на регенерационный криолит и возвращают в процесс электролиза алюминия. При обжиге анодных блоков отходящие фторсодержащие дымовые газы также проходят очистку с использованием в качестве адсорбента промышленного глинозема, который в дальнейшем направляют в электролизеры для получения алюминия.

Состав твердых продуктов, образующихся после газификации фторуглеродсодержащих отходов алюминиевого производства, представлен преимущественно оксидами алюминия и натрия (Al2O3 и Na2O) с примесью оксидов: CaO, Fe2O3, MgO, SiO2 и фторидов: Na3AlF6, CaF2, NaF. Содержание оксида алюминия в твердых продуктах газификации отходов может достигать 50%. Такой продукт можно переработать с целью получения глинозема по известным технологиям методом спекания, или без дополнительной переработки вернуть в процесс электролиза алюминия. Во втором случае необходимо учитывать негативное влияние примесей железа и кремния, которое приведет к снижению сортности получаемого алюминия, а также повышение криолитового отношения электролита (молярное отношение NaF:AlF3) за счет вводимого оксида натрия.

Сравнение предлагаемого решения с ближайшим аналогом показывает следующее. Предлагаемое решение и ближайший аналог характеризуются сходными признаками:

- перерабатывают фторуглеродсодержащие отходы алюминиевого производства;

- отходы перерабатывают методом высокотемпературной обработки;

- высокотемпературную обработку отходов проводят в присутствии кислородсодержащего газа;

- газообразные продукты высокотемпературной обработки отходов, содержащие фтористые соединения, улавливают на сухой и/или мокрой стадиях газоочистки и возвращают в электролиз алюминия;

- получаемые в результате высокотемпературной обработки отходов твердые продукты возвращают в процесс электролиза алюминия.

Предлагаемое решение отличается от ближайшего аналога следующими признаками:

- наряду с мелкодисперсными фторуглеродсодержащими отходами по предлагаемому решению перерабатывают кусковые отходы: угольную футеровку с отключенных на капитальный ремонт электролизеров и огарки обожженных анодов;

- переработку отходов осуществляют методом газификации (в т.ч. методом плазменной газификации) с получением горючего фторсодержащего синтез-газа, основу которого составляют СО и H2, и твердых продуктов газификации;

- при газификации в качестве кислородсодержащего газа используют смесь водяного пара с воздухом и/или кислородом;

- горючий синтез-газ используют в качестве источника тепловой энергии в технологических процессах производства алюминия;

- твердые продукты газификации перерабатывают на глинозем по известным технологиям.

Предлагаемое техническое решение характеризуется признаками как сходными с признаками ближайшего аналога, так и отличительными признаками, что позволяет сделать вывод о его соответствии условию патентоспособности «новизна».

Сравнительный анализ предлагаемого технического решения с известными решениями в данной области техники, проведенный по результатам поиска в патентной и научно-технической литературе, выявил следующее:

В автореферате диссертации Петлина И.В. на соискание ученой степени кандидата технических наук проведены исследования окислительного обжига отходов алюминиевого производства. Цель обжига - удаление углеродной составляющей из фторсодержащих отходов и последующее использование продукта, содержащего фторалюминаты натрия и оксид алюминия для получения фтористого водорода. Обжиг отходов рекомендуется проводить в интервале 450÷900°C, предпочтительно при 700°C в течение 1 ч (Петлин И.В. Автореферат диссертации «Процессы получения фторида водорода из фторсодержащих отходов алюминиевой промышленности». г. Томск, 2014 г.) [4].

Известен способ извлечения галлия из твердых тонкодисперсных углеродсодержащих материалов, включающий нагрев их в окислительной атмосфере и конденсацию полученных субоксидов, отличающийся тем, что в качестве твердых тонкодисперсных углеродсодержащих материалов берут отходы алюминиевого производства, нагрев ведут со скоростью 10÷300 град/с до температуры, превышающей на 50÷100°C температуру плавления получаемого шлака. Известный способ позволяет повысить извлечение галлия до 92,3%. При нагреве отходов в окислительной атмосфере фторалюминаты натрия подвергаются пирогидролизу (высокотемпературное взаимодействие фторидов с парами воды) с образованием фтористого водорода, который может быть уловлен и возвращен в процесс электролиза алюминия (Пат. RU 2092601, С22В 58/00, C01G 15/00. 1997 г.) [5].

Известен способ получения фторида водорода из отходов алюминиевого производства, включающий сернокислотное разложение криолитсодержащих отходов, отличающийся тем, что отходы предварительно измельчают до размера частиц 0,2 мм, помещают на поддоны слоем высотой не более 0,5 см, далее подвергают обжигу при температуре 800-850°C в подовых печах для удаления углеродной составляющей, в качестве отходов алюминиевого производства берут пыль электрофильтров, сернокислотное разложение концентрата, полученного после обжига отходов, проводят при температуре 240-260°C (Пат. РФ 2534792, С01В 7/19, 2014 г.) [6].

Известен способ переработки отходов электролиза алюминия методом пирогидролиза в присутствии карбоната кальция в количестве 16-27,5 мас. % при 1250÷1300°C. Способ обеспечивает комплексную переработку отходов алюминиевого производства с получением галийсодержащих возгонов, фтористоводородной кислоты и твердого остатка пирогидролиза, содержащего алюминий и натрий (Патент SU 1836462, C22B 7/00, С22В 58/00, 1993 г.) [7].

Проведенный авторами анализ показал, что на момент подачи заявки на изобретение не выявлены технические решения, характеризующиеся аналогичной с предлагаемым решением совокупностью известных и неизвестных признаков, что свидетельствует о соответствии предлагаемого технического решения условию патентоспособности изобретения «изобретательский уровень».

Соответствие условию патентоспособности «промышленная применимость» доказывается экспериментальными данными, полученными в ходе лабораторных исследований и испытаний.

Пример 1.

Опыт по газификации фторуглеродсодержащих отходов алюминиевого производства проводили в лабораторном слоевом газогенераторе с верхней герметичной загрузкой материала (Фиг. 1). На газификацию подавали смесь угольной футеровки с отключенных на капитальный ремонт электролизеров и огарков обожженных анодов в весовом отношении 1:1. Фракционный состав смеси отходов +5-10 мм. Химический состав отходов и их смеси приведен в таблице 1. В качестве газифицирующего агента использовали смесь насыщенного водяного пара и воздуха, обогащенного кислородом с содержанием O2=30÷32%.

Температура пара составляла 110÷115°C, температура воздуха, обогащенного кислородом, 22±3°C. Температуру газифицирующего агента поддерживали в пределах +49÷+55°C. Газифицирующий агент подавали в нижнюю часть газогенератора с помощью вентиляторов. Розжиг газогенератора осуществляли на фракционированном каменном угле, после чего газогенератор переводили на смесь фторуглеродсодержащих отходов. Герметичную загрузку отходов в газогенератор обеспечивали с помощью шлюзовых питателей. Внутри газогенератора установлены 4 термопары: в зонах горения, восстановления, пиролиза и сушки. Управление процессом газификации отходов осуществляли регулировкой состава, температуры и давления паровоздушной смеси (газифицирующего агента), загрузкой отходов и выгрузкой твердых продуктов. В качестве параметров оптимизации контролировали состав синтез-газа и температуру по вертикальным зонам газогенератора. Максимальная температура в зоне горения отходов составила 1200°C. Давление в газогенераторе изменялось в пределах 0,4÷0,6 кПа. Выгрузку шлака осуществляли за счет вращения зольной чаши, заполненной водой. Вода в зольной чаше выполняет функцию гидрозатвора, изолируя внутреннее пространство газогенератора от атмосферного воздуха.

После вывода газогенератора на оптимальный режим работы проанализировали состав образующегося синтез-газа и твердых продуктов газификации (шлака). Измерение концентрации компонентов в синтез-газе осуществляли с использованием стационарного газоанализатора SWG 200. Данный газоанализатор позволяет измерять концентрацию компонентов в получаемом газе в следующих интервалах: Н2 до 100%, СО до 100%, CO2 до 100%, O2 до 25%, СН4 до 100%.

Результаты анализов представлены в таблицах 2, 3.

Расчетная теплотворная способность полученного синтез-газа составила ~1545 ккал/нм3, или в пересчете на 1 кг отходов ~6830 ккал/кг. После предварительной очистки от фтора и серы, например раствором кальцинированной соды, синтез-газ может использоваться в различных технологических процессах на алюминиевом заводе в качестве заменителя традиционных топлив: мазута, дизельного топлива, угольной пыли. Полученный после абсорбции фтористого водорода газоочистной раствор содержит NaF, NaHCO3, Na2CO3 и может быть переработан на регенерационный криолит взаимодействием с раствором алюмината натрия по известной технологии (Куликов Б.П., Истомин С.П. Переработка отходов алюминиевого производства. // Изд. МАНЭБ. С. Петербург. - 2004. - 478 с.) [8].

Твердые продукты газификации состоят в основном из оксидов алюминия, натрия и железа и по составу близки к бокситам. Дополнительным преимуществом химического состава твердых продуктов газификации является низкое содержание в них кремния и высокое содержание натрия. Твердые продукты газификации могут быть переработаны на глинозем по схеме «Байер-спекание» (Троицкий И.А., Железнов В.А. Металлургия алюминия. Учеб. пособие для техникумов цветной металлургии. - М.: Металлургия, - 1977) [9] или направлены в электролизеры для получения алюминия в смеси с первичным глиноземом.

Пример 2.

Газификацию мелкодисперсных фторуглеродсодержащих отходов алюминиевого производства проводили в лабораторном газогенераторе с псевдоожиженным (кипящим) слоем. Газогенератор включает в себя теплоизолированную топочную камеру газификации с трубами для отвода синтез-газа и подачи газифицирующего агента, шлюзовое устройство для загрузки отходов, газораспределительную решетку, шлюзовое устройство для удаления твердых продуктов газификации, циклон для отделения пыли от синтез-газа. В качестве отходов использовали смесь пыли электрофильтров, шлама газоочистки, хвостов флотации электролитной угольной пены. Состав смеси отходов приведен в таблице 4.

Псевдоожиженный кипящий слой создавали продувкой мелкодисперсных фторуглеродсодержащих отходов во взвешенном состоянии смесью водяного пара и насыщенного кислородом воздуха с содержанием O2=32÷34%.

Кипящий слой это специфическое состояние слоя мелкозернистого материала, который продувается потоком газа. За счет большой турбулентности обеспечивается интенсивное движение частиц фторуглеродсодержащих отходов, повышающее эффективность газификации топлива.

Фторуглеродсодержащие отходы предварительно нагревали до 450÷500°C и вводили в газогенератор с помощью шлюзовой системы. Газифицирующий агент (смесь водяного пара и обогащенного кислородом воздуха с содержанием O2=32÷34%) подавали в газогенератор через газораспределительную решетку, расположенную в нижней части топочной камеры. В кипящем слое при взаимодействии углерода с кислородом и водяным паром образуются СО, Н2 и CH4. В результате пирогидролиза твердых фторидов, входящих в состав отходов, синтез-газ обогащается фтористым водородом (HF). Температуру в реакционном слое газогенератора поддерживали в пределах 95÷1050°C для предотвращения плавления и слипания частичек твердых продуктов газификации (шлака), приводящих к зашлаковыванию слоя.

Основную часть пыли, выносимую из газогенератора синтез-газом, улавливали в горячем циклоне и возвращали в кипящий слой через тракт возврата. Образующиеся на дне газогенератора твердые продукты газификации удаляли через шлюзовую систему, расположенную под газификатором.

Результаты анализов синтез-газа и твердых продуктов газификации отходов представлены в таблицах 5, 6.

Расчетная теплотворная способность полученного синтез-газа составила ~1640 ккал/нм3 или ~4775 ккал/кг отходов. Синтез-газ может использоваться в различных технологических процессах на алюминиевом заводе в качестве заменителя традиционных топлив. Улавливание фтористых соединений можно осуществлять как из синтез-газа, так и из газообразных продуктов его сжигания (из дымовых газов). Тем более, что в ряде процессов, где может использоваться горючий синтез-газ, например сушка вторичного криолита, дымовые газы дополнительно обогащаются фтористыми соединениями за счет испарения и пирогидролиза твердых фторидов, входящих в состав криолита. Поэтому в ряде случаев целесообразно улавливать газообразные фториды, содержащиеся в синтез-газе и образующиеся в процессе его сжигания, на стадии очистки дымовых газов.

Благодаря относительно невысокой температуре газификации (950÷1050°C), в твердых продуктах газификации остается некоторое количество твердых фторидов преимущественно в виде криолита и фторида кальция. Также в твердых продуктах присутствует значительное количество оксида алюминия (около 40%). Полученные продукты могут быть возвращены в процесс электролиза алюминия в качестве добавки к первичным фтористым солям и глинозему.

При сравнении предлагаемого решения с ближайшим аналогом очевидно, что получение горючего синтез-газа практически без дополнительных энергозатрат принципиально отличается полного сжигания углеродистой составляющей отходов. Синтез-газ, получаемый по предлагаемому решению, может транспортироваться на значительные расстояния, накапливаться в специальных резервуарах для последующего использования в качестве энергетического и технологического топлива взамен традиционных энергоносителей. При сжигании синтез-газа используется тепло, выделяющееся в результате химических реакций окисления СО, Н2, СН4. Также дополнительно можно рекуперировать физическое тепло за счет охлаждения продуктов сжигания синтез-газа.

Дымовые газы, образующиеся при полном сжигании фторуглеродсодержащих отходов по ближайшему аналогу, содержат, в основном CO2 и H2O и могут использоваться только в качестве источника тепловой энергии за счет рекуперации физического тепла газов в теплообменниках.

Источники информации

1. Патент 2472865, С22В 21/00, С25С 3/18, С22В 7/00, 2013 г.

2. Патент 2022914, С01В 7/19, 1994 г.

3. Патент 2247160, С25С 3/06, С22В 7/00, 2005 г.

4. Автореферат диссертации: Петлин И.В. «Процессы получения фторида водорода из фторсодержащих отходов алюминиевой промышленности», г. Томск, 2014 г.

5. Патент RU 2092601, С22В 58/00, C01G 15/00. 1997 г.

6. Патент 2534792, С01В 7/19, 2014 г.

7. Патент SU 1836462, С22В 7/00, С22В 58/00, 1993 г.

8. Куликов Б.П., Истомин С.П. Переработка отходов алюминиевого производства. // Изд. МАНЭБ. С. Петербург. - 2004. - 478 с.

9. Троицкий И.А., Железнов В.А. Металлургия алюминия. Учеб. пособие для техникумов цветной металлургии. - М.: Металлургия, - 1977.

1. Способ переработки фторуглеродсодержащих отходов электролитического производства алюминия, включающий высокотемпературную обработку отходов в присутствии кислородсодержащего газа с получением вторичного сырья для электролитического производства алюминия, отличающийся тем, что обработку отходов осуществляют путем газификации с получением горючего фторсодержащего синтез-газа и твердых продуктов газификации.

2. Способ по п. 1, отличающийся тем, что содержание углерода и углеродсодержащих веществ во фторуглеродсодержащих отходах поддерживают не менее 43 вес.%.

3. Способ по п. 1, отличающийся тем, что в качестве фторуглеродсодержащих отходов электролитического производства алюминия используют отработанную угольную футеровку алюминиевых электролизеров.

4. Способ по п. 1, отличающийся тем, что в качестве фторуглеродсодержащих отходов электролитического производства алюминия используют огарки обожженных анодов.

5. Способ по п. 1, отличающийся тем, что в качестве фторуглеродсодержащих отходов электролитического производства алюминия используют пыль электрофильтров из системы газоочистки.

6. Способ по п. 1, отличающийся тем, что в качестве фторуглеродсодержащих отходов электролитического производства алюминия используют шлам газоочистки.

7. Способ по п. 1, отличающийся тем, что в качестве фторуглеродсодержащих отходов электролитического производства алюминия используют хвосты флотации электролитной угольной пены.

8. Способ по п. 1, отличающийся тем, что в качестве фторуглеродсодержащих отходов электролитического производства алюминия используют смесь пыли электрофильтров, и/или шлама газоочистки, и/или хвостов флотации электролитной угольной пены, и/или угольную футеровку электролизеров, и/или огарки обожженных анодов.

9. Способ по п. 1, отличающийся тем, что в качестве кислородсодержащего газа используют смесь водяного пара с воздухом и/или кислородом.

10. Способ по п. 1, отличающийся тем, что переработку отходов осуществляют методом плазменной газификации.

11. Способ по пп. 1, 10 отличающийся тем, что переработку отходов осуществляют методом плазменной газификации в плазме водяного пара.

12. Способ по п. 1, отличающийся тем, что получаемый горючий фторсодержащий синтез-газ используют в качестве источника тепловой энергии в технологических процессах производства алюминия.

13. Способ по пп. 1, 12, отличающийся тем, что получаемый горючий фторсодержащий синтез-газ используют в технологических процессах сушки вторичного криолита.

14. Способ по пп. 1, 12, отличающийся тем, что получаемый горючий фторсодержащий синтез-газ используют в технологических процессах обжига анодных блоков.

15. Способ по пп. 1, 12, отличающийся тем, что получаемый горючий фторсодержащий синтез-газ используют в технологических процессах обжига кокса для производства анодной массы.

16. Способ по п. 1, отличающийся тем, что фторсодержащие соединения, входящие в состав фторсодержащего синтез-газа или продуктов его сгорания, улавливают на сухой адсорбционной и/или мокрой абсорбционной газоочистках и возвращают в электролиз алюминия.

17. Способ по п. 1, отличающийся тем, что твердые продукты газификации перерабатывают на глинозем или без переработки возвращают в процесс электролиза алюминия.



 

Похожие патенты:

Изобретение относится к способу обработки содержащего загрязнения углеродсодержащего сыпучего материала. Техническим результатом является повышение эффективности обработки углеродсодержащего материала.

Изобретение относится к области металлургии и может быть использовано на заводах машиностроительной и металлургической промышленности для переработки стальной и чугунной стружки в плотные, прочные брикеты, свободные от загрязнений.

Изобретение относится к способу кучного выщелачивания золота из исходного сырья в виде золотосодержащих упорных руд и техногенного минерального сырья. Способ включает агломерацию исходного сырья путем добавки к нему связующего материала, формирование штабеля, выщелачивание золота путем подачи в штабель раствора выщелачивающего реагента, рециркуляцию рабочих растворов, сбор продуктивных растворов и выделение из них золота.

Изобретение относится к способу плавки металлолома в печи. Способ включает загрузку шихты твердого металлолома в печь, подачу в печь топлива и обогащенного кислородом окислителя, сжигание топлива с окислителем для генерирования тепла внутри печи, расплавление шихты твердого металлолома в печи посредством тепла, выпуск расплавленного металла из печи, при этом после стадии загрузки шихты твердого металлолома в печь топливо сжигают с окислителем для сформирования одного или более видимых факелов пламени в печи над шихтой, и перед стадией выпуска расплавленного металла из печи топливо сжигают с окислителем с обеспечением генерирования беспламенного горения в печи над расплавленным металлом.

Изобретение относится к металлургии вторичных цветных металлов. Реактор включает футерованный корпус, расположенный внутри корпуса графитовый пенал, выполненный в виде двух стаканов, один из которых расположен в зоне нагрева, а другой - в зоне конденсации, нагревательный элемент, размещенный с внешней стороны стакана в зоне нагрева и соединенный через графитовые электроды с трансформатором, и размещенную в месте контакта стаканов перегородку с осевым отверстием, которая уплотнена высокотемпературной прокладкой.
Изобретение может быть использовано в химической промышленности. Для получения кристаллов нитрата кобальта высокой чистоты отработанные катализаторы Co/SiO2 кальцинируют на воздухе, охлаждают и измельчают в порошок.
Изобретение относится к извлечению рутения из отработанного катализатора в виде оксида алюминия, содержащего рутений. Способ включает его сушку, прокаливание, охлаждение и измельчение в черный порошок, содержащий оксид рутения.

Изобретение относится извлечению металлического кобальта, рутения и алюминия из отработанного катализатора Co-Ru/Al2O3 для синтеза Фишера-Тропша. Катализатор подвергают воздействию прокаливанием и восстановительной обработке.

Группа изобретений относится к области обработки красного шлама. Способы включают выщелачивание красного шлама с использованием HCl с получением продукта выщелачивания, содержащего ионы первого металла, например алюминия, и твердое вещество.

Изобретение относится к отражательной печи для переплава алюминиевых ломов. Печь содержит корпус, образованный огнеупорными наружными боковыми, передней и задней торцевыми стенками, накопительную ванну и наклонную площадку, ограниченные подом и стенками, свод, две сливные летки, две поворотные чаши, газоход и сварной каркас, на котором все размещено.

Изобретение относится к переработке мелкодисперсного красного шлама на основе оксидов металлов и кремниевых соединений. В предложенном способе измельчение производят с одновременным разделением красного шлама на оксиды металлов и оксиды кремния путем пропускания красного шлама через дезинтегратор с вращающимся электромагнитным полем с частотой вращения в диапазоне от 110 до 130 Гц и напряженностью от 100 до 160 А/м. Далее отводят воду, а сухой остаток подают на разделение с помощью магнитного поля на магнитную и немагнитную фракции. Обеспечивается упрощение способа при одновременном повышении эффективности переработки красного шлама, а именно повышении выхода оксидов железа, оксидов титана, оксидов кремния. 3 з.п. ф-лы, 1 ил.

Изобретение относится к способу переработки титанового лома. Способ заключается в том, что в нагретый до температуры от 673 до 773 К реактор помещают титановый лом на кварцевой лодочке, подкладывая под него углеродное волокно. Далее пропускают через реактор пары тетрахлорида углерода с контролируемой скоростью, а к титановому лому - потенциал от источника напряжения постоянного тока величиной более 6000 В любого знака, используя для его подвода углеродное волокно. Извлеченный из лома тетрахлорид титана (TiCl4) конденсируют совместно с избыточным тетрахлоридом углерода (CCl4) и получают раствор (TiCl4-CCl4). Затем методом возгонки отделяют тетрахлорид титана от тетрахлорида углерода и барботируют тетрахлорид титана влажным воздухом. При этом в осадок выпадает дигидроксид-оксид титана TiO(OH)2, который прокаливают при температуре 873-973 К с получением диоксида титана (TiO2). Техническим результатом является увеличение скорости реакций в 2-4 раза и соответственно во столько же раз увеличивается производительность переработки титанового лома.
Изобретение относится к черной металлургии, а именно к технологии переработки красных шламов с получением синтетического алюминиевого чугуна (синтегаля). Способ включает смешивание шлама с известью в количестве 7-10 мас.% от массы шлама, сушку полученной шихты, плавку шихты в дуговой печи при температуре 1500-1580°С в присутствии катализатора в виде чугуна или стали с обеспечением восстановления оксидов железа, и введение в полученный расплав алюминия в количестве 1,5-4,0% от массы расплава. При этом для проведения плавки шихты в плавильную ванну дуговой печи сначала загружают упомянутый катализатор, а затем по меньшей мере в три этапа частями загружают упомянутую шихту. Изобретение позволяет повысить качество получаемого алюминиевого чугуна, увеличить производительность процесса, снизить энергетические затраты. 8 з.п. ф-лы, 1 пр.

Изобретение относится к брикетам для легирования при выплавке алюминиевых сплавов. Брикет содержит стружку сплава алюминия с медью и частицы меди в количестве 20-40 мас.% от общей массы брикета. Частицы меди могут быть использованы в виде стружки. Обеспечивается погружение брикета в расплав при выплавке алюминиевых сплавов, а также обеспечивается утилизация отходов в виде стружки сплава алюминия с медью. 1 з.п. ф-лы, 1 табл., 4 пр.
Изобретение относится к цветной металлургии. Способ переработки полупродуктов свинцового производства, содержащих свинец, медь и цинк, включает загрузку в шахтную печь упомянутых полупродуктов, кокса в качестве восстановителя, сульфидизатора и кварцевой руды в качестве флюса и их плавку при подаче кислородсодержащего дутья с получением чернового свинца, медного штейна и цинксодержащего шлака. В качестве сульфидизатора используют концентрат или руду, содержащие свинец, медь и цинк, при этом отношение содержания кремнезема к содержанию цинка в загрузке составляет 1,2-1,6, отношение содержания меди к содержанию серы в загрузке составляет 0,7-1,2, отношение содержания свинца к содержанию меди в загрузке составляет 1,5-3,0. Обеспечивается повышение извлечения цветных металлов, а также снижение расхода кокса на плавку. 5 з.п. ф-лы, 1 пр.
Наверх