ipolytechiPolytech JournaliPolytech Journal2782-40042782-6341Irkutsk National Research Technical University10.21285/1814-3520-2022-4-697-708ipolytech-653Research ArticleМЕТАЛЛУРГИЯMETALLURGYИспользование кека выщелачивания от переработки огнеупорной футеровки демонтированных электролизеров в производстве цементаUse of leaching cake from refractory lining of dismantled electrolysers in cement productionПетровскийА. А.PetrovskiyA. A.

Петровский Алексей Анатольевич, кандидат технических наук, доцент кафедры металлургии цветных металлов

664074, г. Иркутск, ул. Лермонтова, 83, Россия

Alexey A. Petrovskiy, Cand. Sci. (Eng.), Engineer of the Research department

83, Lermontov St., Irkutsk 664074, Russia

begimotus@mail.ruhttps://orcid.org/0000-0001-9895-1709НемчиноваН. В.NemchinovaN. V.

Немчинова Нина Владимировна, доктор технических наук, профессор, заведующая кафедрой металлургии цветных металлов

664074, г. Иркутск, ул. Лермонтова, 83, Россия

Nina V. Nemchinova, Dr. Sci. (Eng.), Professor, Head of the Department of Metallurgy of Non-ferrous Metals

83, Lermontov St., Irkutsk 664074, Russia

ninavn@yandex.ruhttps://orcid.org/0000-0001-9983-2680ТютринА. А.TyutrinA. A.

Тютрин Андрей Александрович, кандидат технических наук, доцент, кафедра металлургии цветных металлов

664074, г. Иркутск, ул. Лермонтова, 83, Россия

Andrey A. Tyutrin, Cand. Sci. (Eng.), Associate Professor, Associate Professor of the Department of Metallurgy of Non-ferrous Metals

83, Lermontov St., Irkutsk 664074, Russia

an.tu@inbox.ruhttps://orcid.org/0000-0003-1572-8427КорепинаН. А.KorepinaN. A.

Корепина Наталья Алексеевна, кандидат филологических наук, доцент, кафедра иностранных языков № 2

664074, г. Иркутск, ул. Лермонтова, 83, Россия

Natalia A. Korepina, Cand. Sci. (Philology), Associate Professor, Associate Professor of the Department of Foreign Languages № 2

83, Lermontov St., Irkutsk 664074, Russia

cosmir@yandex.ruИркутский национальный исследовательский технический университетРоссияIrkutsk National Research Technical UniversityRussian Federation202202012023264697708Copyright © Петровский А.А., Немчинова Н.В., Тютрин А.А., Корепина Н.А., 20232023Петровский А.А., Немчинова Н.В., Тютрин А.А., Корепина Н.А.Petrovskiy A.A., Nemchinova N.V., Tyutrin A.A., Korepina N.A.Данная работа распространяется под лицензией Creative Commons Attribution 4.0.This work is licensed under a Creative Commons Attribution 4.0 License.https://ipolytech.elpub.ru/jour/article/view/653

Цель – определение оптимального количества добавки в шихту кека выщелачивания (продукта гидрометаллургической обработки огнеупорной отработанной части футеровки алюминиевых электролизеров) и подбор параметров получения цементного клинкера из полученной сырьевой шихты. Анализ кека выщелачивания осуществляли с помощью рентгенофлюоресцентного и рентгеноструктурного методов анализа. Содержание компонентов в шихте рассчитывалось по традиционной методике путем задания значений коэффициента насыщения и силикатного модуля. Показано, что в результате водной обработки огнеупорной части демонтированной футеровки в раствор переходят фторсодержащие соединения, что позволяет в дальнейшем получать криолит для использования в процессе электролиза. Твердый остаток от выщелачивания (кек) с минимальным содержанием щелочей и фтора рекомендовано использовать в качестве добавки в шихту для производства цемента. Проведены эксперименты по составлению собственной композиции сырьевой шихты (с добавкой кека выщелачивания) и ее обжигу в камерной печи типа СНОЛ 12/16 (Россия) для получения цементного клинкера. По результатам проведенных экспериментов по получению портландцемента по традиционной обжиговой технологии определено предельное содержание оксидов щелочных металлов (не выше 4,5% масс. в пересчете на Na2O) в кеке выщелачивания; установлено оптимальное содержание данной добавки в шихте – от 5 до 12% в зависимости от химического состава применяемой для получения цемента извести. Для повышения силикатной составляющей в качестве корректирующей добавки использовался микрокремнезем (с содержанием SiO2 в среднем 92% масс.) – пыль системы газоочистки производства кристаллического кремния АО «Кремний» ОК «РУСАЛ» (г. Шелехов, Иркутская обл.). Полученное соотношение кека выщелачивания и микрокремнезема в шихте составило 3:4. В лабораторных условиях получен цемент, соответствующий марке ПЦ-300. Таким образом, предложено использовать кек от выщелачивания огнеупорной части отработанной футеровки алюминиевых электролизеров в производстве цементного клинкера.

A hydrometallurgical technology has been proposed for processing the refractory part of the lining of aluminum production electrolysers dismantled and disabled for overhaul. Fluorine-containing compounds are transferred to the solution, which allows obtaining cryolite for being used in the electrolysis process. It is recommended to use solid residue from leaching (cake) with a minimum content of alkalis and fluorine as an additive to the mixture for cement production. According to the results of experiments on obtaining portland cement by traditional firing technology, the limiting content of alkali metal oxides (not higher than 4.5% by weight, calculated as Na2O) in the leaching cake was determined, the optimum content of this additive in the charge is from 5 to 12% depending on chemical composition of lime used.

производство алюминияэлектролизеркатодное устройствоотработанная огнеупорная футеровкакек выщелачиванияцементный клинкерaluminium productionelectrolysercathode liningspent firebrick liningleaching cakecement clinkerИсследования выполнялись при финансовой поддержке НИР № 14.577.21.0190 на осно-вании соглашения о предоставлении субсидии и НИР № 11.7210.2017/8.9 в рамках государственного задания (Министерство образования и науки Российской Федерации)The studies were carried out with the financial support of research work No. 14.577.21.0190 on the basis of the grant agreement and research work No. 11.7210.2017/8.9 within the framework of a state task (Ministry of Educa-tion and Science of the Russian Federation)ReferencesGrjotheim K., Welch В. Aluminium smelter technology. Dusseldorf: Aluminium Verlag, 1993. 260 р.Grjotheim K., Welch В. Aluminium smelter technology. Dusseldorf: Aluminium Verlag; 1993, 260 р.Solheim A., Skybakmoen E. The future of the HallHéroult technology // Цветные металлы и минералы: сб. докл. X Междунар. конгресса (г. Красноярск, 10–14 сентября 2018 г.). Красноярск, 2018. С. 300–309.Solheim A., Skybakmoen E. The future of the Hall-Héroult technology. Tsvetnye metally i mineraly: sbоrnik dokladov X Mezhdunarodnogo kongressa = Non-ferrous metals & minerals: book of papers of the tenth international congress. 10–14 September 2018, Krasnoyarsk. Krasnoyarsk; 2018, р. 300-309. (In Russ.).Бурдонов А. Е., Зелинская Е. В., Гавриленко Л. В., Гавриленко А. А. Изучение вещественного состава глиноземсодержащего материала алюминиевых электролизеров для использования в технологии первичного алюминия // Цветные металлы. 2018. № 3. С. 32–38. https://doi.org/10.17580/tsm.2018.03.05.Burdonov A. E., Zelinskaya E. V., Gavrilenko L. V., Gavrilenko A. A. Investigation of substantial composition of alumina-bearing material of aluminium electrolysers for usage in primary aluminium technology. Tsvetnye metally. 2018;3:32-38. https://doi.org/10.17580/tsm.2018.03.05.Зенкин Е. Ю., Гавриленко А. А., Немчинова Н. В. О переработке отходов производства первичного алюминия ОАО «РУСАЛ БРАТСК» // Вестник Иркутского государственного технического университета. 2017. Т. 21. № 3. С. 123–132. https://doi.org/10.21285/1814-3520-2017-3-123-132.Zenkin E. Yu., Gavrilenko A. A., Nemchinova N. V. On «RUSAL Bratsk» JSC primary aluminum production waste recycling. Vestnik Irkutskogo gosudarstvennogo tehnich-eskogo universiteta = Proceedings of Irkutsk State Tech-nical University. 2017;21(3):123-132. (In Russ.). https://doi.org/10.21285/1814-3520-2017-3-123-132.Малышкин А. В., Рожнев A. Н. Переработка хвостов флотации угольной пены алюминиевого электролизера // Цветные металлы и минералы: сб. докл. X Междунар. конгр. (г. Красноярск, 10–14 сентября 2018 г.). Красноярск, 2018. С. 468–472.Malyshkin A. V., Rozhnev A. N. Processing of the aluminium electrolysis dust as a flotation waste. Tsvetnye metally i mineraly: sbоrnik dokladov X Mezhdunarodnogo kongressa = Non-ferrous metals & minerals: book of pa-pers of the tenth international congress. 10–14 September 2018, Krasnoyarsk. Krasnoyarsk; 2018, р. 468-472. (In Russ.).Holywell G., Breault R. An overview of useful methods to treat, recover, or recycle spent potlining // JOM. 2013. Vol. 65. P. 1441–1451. https://doi.org/10.1007/S11837-013-0769-Y.Holywell G., Breault R. An overview of useful methods to treat, recover, or recycle spent potlining. JOM. 2013;65:1441-1451. https://doi.org/10.1007/S11837-013-0769-Y.Patrin R. K., Bazhin V. Yu. Spent linings from aluminum cells as a raw material for the metallurgical, chemical, and construction industries // Metallurgist. 2014. Vol. 58. Iss. 7-8. Р. 625–629. https://doi.org/10.1007/s11015-014-9967-2.Patrin R. K., Bazhin V. Yu. Spent linings from aluminum cells as a raw material for the metallurgical, chemical, and construction industries. Metallurgist. 2014;58(7-8):625-629. https://doi.org/10.1007/s11015-014-9967-2.Sørlie M., Øye H. Cathodes in aluminium electrolysis. 3rd edition. Dusseldorf: Aluminium–Verlag, 2010. 662 р.Sørlie M., Øye H. Cathodes in aluminium electrolysis. 3rd edition. Dusseldorf: Aluminium–Verlag; 2010. 662 р.Yurkov A. Refractories for aluminum: electrolysis and the cast house. Cham; Heidelberg; New York; Dordrecht; London: Springer, 2015. 254 р. https://doi.org/10.1007/978-3-319-11442-2.Yurkov A. Refractories for aluminum: electrolysis and the cast house. Cham; Heidelberg; New York; Dordrecht; London: Springer; 2015, 254 р. https://doi.org/10.1007/978-3-319-11442-2.Каплан Ф. С., Аксельрод Л. М., Пучкелевич Н. А., Юрков А. Л. О выборе теплоизоляционных материалов для алюминиевых электролизеров // Новые огнеупоры. 2003. № 10. С. 26–33.Kaplan F. S., Aksel'rod L. M., Puchkelevich N. A., Yurkov A. L. On the choice of thermal insulation materials for aluminum electrolysis cells. Novye ogneupory = Re-fractories and Industrial Ceramics. 2003;10:26-33. (In Russ.).Суворов С. А., Скурихин В. В. Высокотемпературные теплоизоляционные материалы на основе вермикулита // Новые огнеупоры. 2002. № 12. С. 39–44.Suvorov S. A., Skurihin V. V. High-temperature thermal insulation materials based on vermiculite. Novye ogneupory = Refractories and Industrial Ceramics. 2002;12:39-44. (In Russ.).Куликов Б. П., Истомин С. П. Переработка отходов алюминиевого производства. Красноярск: ООО «Классик Центр», 2004. 480 с.Kulikov B. P., Istomin S. P. Aluminum production waste treatment. Krasnoyarsk: OOO “Klassik Centr”; 2004, 480 р. (In Russ.).Tschöpe K., Schoning Ch., Grande T. Autopsies of spent pot linings – a revised view // Light Metals. 2009. Р. 1085–1090.Tschöpe K., Schoning Ch., Grande T. Autopsies of spent pot linings – a revised view. Light Metals. 2009:1085-1090.Coмов В. В., Немчинова Н. В., Пьявкина А. А. О способах утилизации отработанной футеровки электролизеров алюминиевого производства // Вестник Иркутского государственного технического университета. 2015. № 5. С. 155–161.Comov V. V., Nemchinova N. V., Pyavkina A. A. On disposal methods of aluminum production spent pot lining. Vestnik Irkutskogo gosudarstvennogo tehnicheskogo uni-versiteta = Proceedings of Irkutsk State Technical University. 2015;5:155-161. (In Russ.).Zhao Xia, Ma Lei. Hazardous waste treatment for spent pot liner // Earth and Environmental Science: IOP Conference Series. 2018. Vol. 108. Iss. 4. Р. 042023. https://doi.org/10.1088/1755-1315/108/4/042023.Zhao Xia, Ma Lei. Hazardous waste treatment for spent pot liner. In: Earth and Environmental Science: IOP Conference Series. 2018;108(4):042023. https://doi.org/10.1088/1755-1315/108/4/042023.Бажин В. Ю., Патрин Р. К. Современные способы переработки отработанной огнеупорной футеровки алюминиевого электролизера // Новые огнеупоры. 2011. № 2. С. 39–42.Bazhin V. Yu., Patrin R. K. Modern ways of processing waste refractory lining of an aluminum electrolyzer. Novye ogneupory = Refractories and Industrial Ceramics. 2011;2:39-42. (In Russ.).Holywel G., Breault R. An overview of useful methods to treat, recover, or recycle spent potlining // JOM. 2013. Vol. 65. Iss. 11. Р. 1441–1451. https://doi.org/10.1007/s11837-013-0769-y.Holywel G., Breault R. An overview of useful methods to treat, recover, or recycle spent potlining. JOM. 2013;65(11):1441-1451. https://doi.org/10.1007/s11837-013-0769-y.Сомов В. В., Немчинова Н. В., Корепина Н. А. Аналитические методы исследования oбразцов отработанной футеровки aлюминиевого электролизера // Журнал Сибирского федерального университета. Техника и технологии. 2017. Т. 10. № 5. С. 607–620. https://doi.org/10.17516/1999-494X-2017-10-5-607-620.Somov V. V., Nemchinova N. V., Korepina N. A. Analytical methods of researching the aluminium electrolysis cell fulfilled lining samples. Zhurnal Sibirskogo federal'nogo universiteta. Tekhnika i tekhnologii = Journal of Siberian Federal University. Engineering & Technologies. 2017;10(5):607-612. (In Russ.). https://doi.org/10.17516/1999-494X-2017-10-5-607-620.Siljan O. J., Slagnes S., Sekkingstad A., Aarman S. Olivinе-based refractories in potlinings of aluminium electrolysis // Light Metals. 2004. Р. 405–411.Siljan O. J., Slagnes S., Sekkingstad A., Aarman S. Olivinе-based refractories in potlinings of aluminium electrolysis. Light Metals. 2004;405-411.Прошкин А. В., Пингин В. В., Симаков Д. А. Анализ футеровки электролизера РА-300 // Цветные металлы Сибири: сб. докл. X Междунар. конгр. (г. Красноярск, сентябрь 2007 г.). Красноярск, 2007. С. 133–141.Proshkin A. V., Pingin V. V., Simakov D. A. Analysis of the lining of the RA-300 electrolyzer. Tsvetnye metally Sibiri: sbornik dokladov X Mezhdunarodnogo kongressa = Non-ferrous metals of Siberia: book of the reports. September 2007, Krasnoyarsk. Krasnoyarsk; 2007, р. 133-141. (In Russ.).Silveira B. I., Dantas A. E., Blasquez J. E., Santos R. K. P. Characterization of inorganic fraction of spent potliners: evaluation of the cyanides and fluorides content // Journal of Hazardous Materials. 2002. Vol. 89. Iss. 2-3. P. 177–183.https://doi.org/10.1016/S0304-3894(01)00303-X.Silveira B. I., Dantas A. E., Blasquez J. E., Santos R. K. P. Characterization of inorganic fraction of spent potliners: evaluation of the cyanides and fluorides content. Journal of Hazardous Materials. 2002;89(2-3):177-183. https://doi.org/10.1016/S0304-3894(01)00303-X.Бажин В. Ю., Власов А. А., Патрин Р. К. Утилизация техногенных отходов электролизного производства алюминия // Безопасность жизнедеятельности. 2010. № 9. С. 18–21.Bazhin V. Yu., Vlasov A. A., Patrin R. K. A utilization placer waste disposal of aluminium smelters. Bezopasnost' zhiznedeyatel'nosti. 2010;9:18-21. (In Russ.).Baranov A. N., Morenko A. V., Gavrilenko L. V. Gavrilenko А. А. Resource-saving processing technologies of salt slags on the bottom of aluminum electrolyzers // Russian Journal of Non-ferrous Metals. 2011. Vol. 52. No. 4. P. 357–359. https://doi.org/10.3103/S1067821211040031.Baranov A. N., Morenko A. V., Gavrilenko L. V. Gav-rilenko А. А. Resource-saving processing technologies of salt slags on the bottom of aluminum electrolyzers. Rus-sian Journal of Non-ferrous Metals. 2011;52(4):357-359. https://doi.org/10.3103/S1067821211040031.Харисов В. М., Бельский С. С. Шихта для выплавки кремния // Переработка природного и техногенного сырья: сб. науч. тр. Иркутск: Изд-во ИРНИТУ, 2018. С. 40–44.Harisov V. M., Bel'skij S. S. A mixture for smelting silicon. In: Pererabotka prirodnogo i tekhnogennogo syr'ya: sbornik nauchnyh trudov = Processing of natural and man-made raw materials: book of the scientific pa-pers. Irkutsk: Irkutsk National Research Technical Univer-sity; 2018, р. 40-44. (In Russ.).

The authors declare that there are no conflicts of interest present.