Цель - изучение методом математического (физико-химического) моделирования процесса гидрометаллургической переработки угольной части отработанной футеровки демонтированных катодных устройств алюминиевых электролизеров. Оценка методом термодинамического анализа (на основе построенной модели влияния концентрации раствора каустической соды (NaOH - Na2Oку) и соотношения жидкой и твердой фаз) на извлечение фтора в раствор. Математическое моделирование выщелачивания фтора из образцов отработанной футеровки проводилось на основе изучения физико-химических закономерностей процесса с использованием программного комплекса «Селектор», основанного на минимизации энергии Гиббса и широко используемого для изучения металлургических процессов. Объектом исследований являлась проба угольной отработанной футеровки алюминиевого электролизера ОАО «РУСАЛ Красноярск». По данным рентгенофазового анализа фторсодержащими фазами в образце выступают криолит Na3AlF6, хиолит Na5Al3F14, фторид кальция СaF2, фторид натрия NaF. Кроме данных компонентов, в исследуемом углеродсодержащем материале зафиксированы также Si, Fe, Mg, S, K, Ti. Выполнена оценка поведения компонентов угольной отработанной футеровки в процессе щелочной переработки при воздействии на нее раствора с концентрацией Na2Oку 12,5, 17,5 и 25,0 г/дм3 с помощью сформированной математической модели. Согласно решению модели, наилучшие показатели по извлечению фтора в раствор (72,9-90,57%) были достигнуты c концентрацией реагента по Na2Oку 12,5, 17,5 г/дм3 и отношении жидкого к твердому 10÷12:1. С помощью модели удалось установить необходимое количество щелочного раствора для извлечения фтора и оптимальное соотношение жидкой и твердой фаз. Также установлен фазовый состав кека и формы, в которых фтор остается в твердом остатке (кеке).
The purpose of the paper is using the method of mathematical (physico-chemical) modeling to study hydrometallurgical processing of spent carbon pot lining of dismantled cathodes from aluminum reduction cells; using the method of thermodynamic analysis, which is based on the built model of the influence of caustic soda solution concentration (NaOH - Na2Oку) and liquid and solid phases ratio to estimate fluorine extraction to solution. Mathematical modeling of fluorine leaching from spent pot lining samples is carried out on the basis of studying the physicochemical laws of the process using the «Selector» program complex based on the minimization of Gibbs energy and is widely used for metallurgical process study. The object of research is a sample of spent carbon pot lining of the aluminum reduction cell of RUSAL Krasnoyarsk OJSC. According to the X-ray phase analysis the fluorine-containing phases in the sample are cryolite Na3AlF6, chiolite Na5Al3F14, calcium fluoride CaF2, sodium fluoride NaF. Besides, Si, Fe, Mg, S, K, Ti are also found in the carbon-containing material under investigation. The behavior of the components of the spent carbon pot lining is evaluated in the process of alkaline processing under the action of the solution with Na2Oку concentration of 12.5, 17.5 and 25.0 g/dm3 using the formed mathematical model. According to the model the best indicators of fluorine extraction into the solution (72.9-90.57%) have been achieved at the reagent concentration of 12.5, 17.5 g/dm3 Na2Oку and the liquid to solid ratio of 10-12:1. The developed model allows to determine the amount of alkaline solution necessary for fluorine extraction and the optimal ratio of liquid and solid phases. The phase composition of cake and forms in which fluorine remains in solid residue (cake) are also determined.
The authors declare that there are no conflicts of interest present.