Использование кека выщелачивания от переработки огнеупорной футеровки демонтированных электролизеров в производстве цемента

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.

1. Grjotheim K., Welch В. Aluminium smelter technology. Dusseldorf: Aluminium Verlag, 1993. 260 р.

2. 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.

3. 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.

4. 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.

5. 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.

6. 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.

7. 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.

8. Sørlie M., Øye H. Cathodes in aluminium electrolysis. 3rd edition. Dusseldorf: Aluminium–Verlag, 2010. 662 р.

9. 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.

10. 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.

11. Суворов С. А., Скурихин В. В. Высокотемпературные теплоизоляционные материалы на основе вермикулита // Новые огнеупоры. 2002. № 12. С. 39–44.

12. Куликов Б. П., Истомин С. П. Переработка отходов алюминиевого производства. Красноярск: ООО «Классик Центр», 2004. 480 с.

13. Tschöpe K., Schoning Ch., Grande T. Autopsies of spent pot linings – a revised view // Light Metals. 2009. Р. 1085–1090.

14. 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.

15. 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.

16. Бажин В. Ю., Патрин Р. К. Современные способы переработки отработанной огнеупорной футеровки алюминиевого электролизера // Новые огнеупоры. 2011. № 2. С. 39–42.

17. 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.

18. 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.

19. Siljan O. J., Slagnes S., Sekkingstad A., Aarman S. Olivinе-based refractories in potlinings of aluminium electrolysis // Light Metals. 2004. Р. 405–411.

20. 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.

21. 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.

22. Бажин В. Ю., Власов А. А., Патрин Р. К. Утилизация техногенных отходов электролизного производства алюминия // Безопасность жизнедеятельности. 2010. № 9. С. 18–21.

23. 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.

24. 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.