Содержание к диссертации
Введение
ГЛАВА 1 Проблемы эксплуатации высокоамперных электролизеров и утилизации отходов катодной футеровки ... 10
1.1 Особенности эксплуатации катодных устройств высокоамперных электролизеров 11
1.2 Эволюция катодного устройства электролизера 16
1.2.1 Современный катодный кожух 20
1.2.2 Новые футеровочные материалы в катодном устройстве 21
1.2.3 Перспективные инновационные решения в области модернизации катодных устройств 25
1.3 Характеристики отработанной катодной футеровки 29
Выводы по главе 1 34
ГЛАВА 2 Методы исследования 36
2.1 Используемые материалы и аппаратура 39
2.2 Лабораторная установка для термообработки футеровки 42
ГЛАВА 3 Повышение срока службы алюминиевого электролизера 44
3.1 Анализ условий гетерогенного взаимодействия «расплав-футеровка» 45
3.2 Причины разрушения катодного устройства и изучение отработанных футеровочных материалов 52
3.3 Технические и технологические решения по повышению срока службы мощного алюминиевого электролизера 66
Выводы по главе 3 69
ГЛАВА 4 Ресурсосберегающая технология переработки отработанных катодных футеровочных материалов 71
4.1 Особенности и варианты переработки и использования отработанной катодной футеровки 71
4.2 Особенности технологий извлечения полезных компонентов из отработанной футеровки 76
4.3 Перспективные промышленные способы переработки футеровки 82
4.4 Пирометаллургическая обработка отработанной футеровки 87
4.4.1. Термодинамический расчет процесса термической обработки 89
4.4.2 Исследование смесей дифференциально-термическим анализом 91
4.5 Обработка отработанных материалов футеровки в барабанной печи 100
4.5.1 Выбор режимов термической обработки смесей катодной футеровки.. 100
4.5.2 Исследование продуктов переработки в виде обожженного остатка 107
4.5.3 Технологическая схема переработки футеровочных материалов катода алюминиевого электролизера
Выводы по главе 4 113
Заключение 115
Список литературы
- Новые футеровочные материалы в катодном устройстве
- Лабораторная установка для термообработки футеровки
- Причины разрушения катодного устройства и изучение отработанных футеровочных материалов
- Перспективные промышленные способы переработки футеровки
Новые футеровочные материалы в катодном устройстве
Основным способом производства первичного алюминия, уже более чем 120 лет, является электролиз криолитоглиноземных расплавов [1-6]. Сущность процесса электролиза заключается в растворении глинозема (А120з) в расплаве фтористых солей при -960 С.
Распространенный в мировой практике криолит-глиноземный расплав (КГР) по составу соответствует тройной системе (Na3AlF6 - A1F3 - А120з), но в нем присутствуют фторид кальция и магния, поступающими вместе с исходными материалами (в глиноземе, криолите, фториде алюминия, анодах и др.); технологические добавки - фториды лития и калия; примеси железа и кремния, поступающие в расплав с сырьем и при его взаимодействии с футеровочными материалами и конструкционными узлами электролизера.
Изменение химического состава электролита в первую очередь отражается на технологическом процессе: повышение катодной плотности тока, изменение формы рабочего пространства (ФРП), сдвиг теплового баланса системы, и как следствие -снижение качества первичного алюминия и уменьшение срока службы электролизера. Поэтому в качестве одних из приоритетных задач и проблем электролиза алюминия можно выделить стабилизацию и контроль технологических параметров процесса за счет применения новых материалов и технических решений по модернизации отдельных узлов катода электролизера, обеспечивающих наличие устойчивого гарнисажа и настыли, которые могут эффективно защитить футеровку от прямого воздействия расплава.
Другой неотъемлемой частью развития процесса электролиза - является повышение выхода по току, наряду с интенсификацией процесса, т.е. увеличением амперной нагрузки выше проектных значений. Выход по току во многом зависит от качества обслуживания электролизной ванны и применяемых в конструкции электролизера материалов. Изменение условий эксплуатации при высоких значениях тока, приводит к увеличению катодной плотности тока и изменению кинетики физико-химических процессов, соответственно к изменению скорости взаимодействия и уровню пропитки КГР и углеграфитовой подины. Применение в современном высокоамперном электролизере катодных блоков с высокой степенью графитизации, использование новых сухих барьерных смесей, боковой карбидокремниевой футеровки, шпангоутных стальных кожухов и т.д., заставляет исследователей и технологов принимать новые решения с целью улучшения технико-экономических показателей (ТЭП) процесса электролиза алюминия. Основные научно-исследовательские разработки направлены на снижение сопротивления в токопроводящих материалах анодного и катодного устройств, на уменьшение потерь в контактах конструкции электролизера.
Необходимо отметить, что в процессе электролиза наиболее значимую роль и вклад в повышение выхода по току и производительности электролизера играет катодное устройство электролизера. Поэтому представляет научно-технический интерес изучить эволюцию катода и его конструкционных материалов, определить их качественные характеристики, выявить причины снижения срока службы и аварий. Полученные результаты химико-структурных изменений, происходящих в процессе эксплуатации электролизера, могут в конечном итоге определить причины образования мест разрушения футеровки и обозначить пути и технологии переработки футеровки, отвечающие за ресурсосбережение и экологические аспекты процесса производства алюминия.
Из вышеприведенных характеристик видно, что к высокоамперным электролизерам можно отнести агрегаты мощностью более 300 кА, и именно им соответствуют наибольшие значения катодной плотности тока 0,80-0,85 A/CMZ. Этот факт предопределяет работу катодного устройства в условиях близких к критическому состоянию, когда качество и структура углеграфитовых блоков, сохранение устойчивого теплового баланса за счет рационального выбора материалов боковой футеровки, огнеупорных и теплоизоляционных материалов влияют на показатели ТЭП алюминиевого электролизера в целом.
В алюминиевой промышленности в последние годы произошло качественное изменение технического оснащения электролизных цехов, производящих первичный алюминий (алюминий-сырец). Количество вновь построенных алюминиевых заводов, оснащенных электролизерами мощностью от 250 кА резко выросло за последнее десятилетие в Китае, России, Норвегии и Ближнем Востоке. Существуют экспериментальные электролизеры на 400-500 кА, которые проходят обкатку в опытных цехах при алюминиевых заводах Канады, Китая и других стран [13-17]. В России в настоящее время существуют агрегаты на 320 кА - РА-300Б и на 400 кА - РА-400. Последние успешно прошли испытания на опытном участке завода ОАО «РУСАЛ Саяногорск», и будут установлены на строящемся заводе в г. Тайшете Иркутской области [18-20]. Сравнение основных показателей высокоамперных электролизеров приведено в таблице 1.1.
Высокие технические показатели, характеризующие работу эксплуатируемых и опытных электролизеров большой мощности, свидетельствуют об экономичности и конкурентоспособности этих технологий. Однако, как видно из таблицы, отечественная технология высокоамперного электролиза (РА-300) все же имеет более худшие показатели, и менее привлекательна, чем подобные технологии компаний «Rio Tinto Alcan», «SAMI» и «Dubai». Именно проекты с электролизерами этих фирм являются базовыми при строительстве новых предприятий по производству алюминия в странах Ближнего Востока и Африки. Это заставляет российских специалистов искать пути повышения ТЭП для конкурентоспособности в мировом производстве алюминия.
Необходимо отметить, что все эти технологии предусматривают использование только обожженных анодов. С другой стороны, только 70% первичного алюминия в мире производится с использованием электролизеров с обожженными анодами О А (технология Эру-Холла), а остальная часть -самообжигающихся СА (технология Содерберга). Не смотря на масштабное сокращение нерентабельных производств ОК РУСАЛ, кода были остановлены электролизеры Волховского, Волгоградского, Уральского, Богословского и частично Новокузнецкого и Надвоицкого алюминиевых заводов, в России более половины первичного алюминия продолжают получать по технологии Содерберга на электролизерах С8-Б, С8-БМЭ и ВТ-120. В 2000-х годах в России была начата модернизация производств, оснащенных данными электролизерами, предусматривающая ряд мер по улучшению качественных показателей процесса производства алюминия: переход на графитизированные катодные блоки, боковую карбидокремниевую футеровку, контрфорсные катодные кожуха, перевод анодов СА на сухую анодную массу, оснащение корпусов двухуровневой АСУТП. Таким образом, в России эти агрегаты стали иметь более высокие технико-экономические показатели, чем подобные аналоги в мире [12]. Проведенная модернизация касалась особенно катодных устройств. Это явилось стимулом проведения комплекса научно-исследовательских работ по изучению особенностей эксплуатации новых угольных и огнеупорных материалов в изменяющихся условиях теплового баланса. Основные технические мероприятия, прежде всего, направлены на повышение стойкости катодного устройства алюминиевого электролизера. При этом необходимо отметить, что любые научно-поисковые разработки, связанные с оценкой работы катода, носят долговременный характер (от 3 до 5 лет).
Лабораторная установка для термообработки футеровки
А14С3 образуется из углерода и алюминия, растворенного в электролите. Диспергированные угольные частички, выделившиеся на аноде и в электролите реагируют образуя растворенный карбид алюминия, что снижает выход по току; окисление растворенного карбида приводит к уменьшению насыщения и последующему растворению образовавшихся карбидных пленок. Это определяет постоянный расход катодного углерода (эрозия бортовых и подовых блоков).
Взаимодействие расплава с бортовой футеровкой
В настоящее время керамические материалы на основе карбидов и нитридов кремния приобретают все большую важность как заменители угольных бортовых блоков. По многим характеристикам они превосходят угольные материалы, в первую очередь, с точки зрения низкому окислению на воздухе и коррозии за счет воздействия расплавленного алюминия и электролита. Однако, даже при использовании карбидокремниевых блоков и комбинированных вставок и покрытий не удается избежать локальных разрушений [21, 26, 28, 66-71].
Бортовые блоки окисляются как от воздействия электролита, так и по верхней поверхности и с обратной стороны блока. Первый фактор приводит к прямому разрушению борта, второй не менее значителен, поскольку окисление обратной стороны блоков носит кумулятивный эффект, который создает воздушные полости между углеродом и стальным кожухом, нарушая тепловой баланс.
Основным продуктом реакции окисления является кремнезем, так как оставшийся карбид кремния образует на поверхности своих частиц пленку Si02, которая защищает его от дальнейшего высокотемпературного окисления. Окисление карбидокремниевых блоков сопровождается следующими химическими взаимодействиями:
Кроме воздействия воздушной среды, карбидные блоки дополнительно подвергаются воздействию расплавленного криолита и фторида натрия. Фторид натрия диффундирует через настыль, диссоциирует, и слой Si02 растворяется -начинается процесс химической коррозии. Необходимо при этом отметить, что при стабилизации теплового баланса, при формировании постоянной настыли (ФРП), которая защищает карбидокремниевые блоки, самая большая скорость растворения происходит именно на границе «воздух-электролит». Именно на этой границе видны отчетливые разрушения бортовой футеровки как для угольных, так и для карбидокремниевых плит.
Однако, характер взаимодействия между слоями металла и электролита в катодном устройстве в наибольшей степени определяет уровень воздействия межфазной границы на бортовую футеровку электролизера независимо от применяемого типа бортового блока. Это объясняется различными скоростями движения электролита и металла (разницей плотностей подвижной среды), а также различным характером турбулентных потоков (см. рисунок 3.3). Кроме того, постоянное снижение уровня металла, при его выливке, отрицательно сказывается на толщине гарнисажа и настыли, при этом сильно меняется форма рабочего пространства, соответственно и тепловые условия работы электролизера.
Характер движения электролита и металла в электролизере Взаимодействие расплава с огнеупорами и теплоизоляцией Известно [1-8, 10, 11], что расплавленный криолит выбран вследствие его способности растворять А1203. Интенсивное воздействие криолитового расплава на огнеупорные слои, содержащие А120з (алюмосиликатные огнеупоры), также приводит к их быстрому растворению. Учитывая тот факт, что температура плавления огнеупоров и изоляционных материалов при электролизе лежит выше температуры солидуса ненасыщенного расплава, проникновение последнего частично зависит от кинетики растворения огнеупорного материала, его пористости и вязкости образующейся соли.
Механизм разрушения огнеупоров в электролизной ванне можно представить следующим образом: Расплав фтористых солей, обогащенный натрием (NaF + криолит), впитывается в слой огнеупора и далее реагирует с компонентами алюмосиликатных огнеупоров (с Si02 и А1203): 3Si02(me)+2Al203(me)+6NaF(x) = Na3AlF6(x)+3NaAlSi04 (3.11) 9Si02(me)+2Al203(me)+6NaF(x) = Na3AlF6(x)+3NaAlSi30, (3.12) В работах установлено [21, 72-74], что из образующихся алюмосиликатов натрия преобладает нефелин (при избытке глинозема в огнеупоре) или альбит (при избытке кремнезема в огнеупоре). В последнее время доказано, что для устойчивой технологии предпочтителен второй, поскольку растворимость Si02 в электролите в три раза меньше, чем А120з, что приводит к образованию вязкого стеклообразного слоя, как и при диффузии натрия. 5Si02(me) +2А1203(тв) + 4Na = Si(x)+4NaAlSi04 (3.13) l3Si02(me) + 2Al203(me)+4Na = Si(x)+4NaAlSi3Os (3.14)
Опасность проникновения расплава электролита через сформированный вязкий слой все же остается значительной, и ее разрушение зависит от насыщения и расширения нижних слоев оксидных огнеупоров и теплоизоляционных материалов, вызванного проникновением фторидов диффузией: Na3 AlF6(me) = 2NaF(me) + NaAlF4(z) (3.15) NaAlF4(s) + 2Si02(me) = NaAlSi04(me) + SiF4(s) (3.16) В работах [65, 72-75] отмечается, что поступление расплава алюминия в полость высоко кремнеземистого огнеупора (при избытке Si02) и последующее разрушение теплоизоляции может носить аварийный характер, так как Si02 быстро растворяется в расплаве алюминия, а А1203 в большой степени переходит в осадок с образованием (3-А1203.
В результате анализа результатов проведенного аудита сухой выбивки во время демонтажа электролизеров на ОАО «СУАЛ» филиал «ВАЗ-СУАЛ», с ОАО «СУАЛ» филиал «УАЗ-СУАЛ» и с ОАО «РУСАЛ Братск» были получены образцы футеровок с остановленных в капитальный ремонт электролизеров марок: С8-БМЭ, А-105, ОА-300М1 и ОА-50. Отбор проб со всех электролизеров производился по разработанной методике, описанной в главе 2.
Ниже будут приведены результаты проведенных исследований и подробно рассмотрены причины разрушений катодных устройств электролизеров С8-БМЭ и ОА-300М1.
Причиной отключения электролизера С8-БМЭ в капитальный ремонт было разрушение нескольких катодных блоков. В ходе визуального осмотра поверхности подины электролизера С8-БМЭ обнаружены поперечные и продольные трещины вдоль набивного стыка между угольными блоками. По результатам измерений и расчетов выпуклость и вздутие днища катода составило 25-35 мм, линейное расширение углеродных блоков в среднем было около 1,1%, а объемное расширение - 3,3 %. Срок службы электролизера составил 45 месяцев.
Причины разрушения катодного устройства и изучение отработанных футеровочных материалов
Во время электролитического производства алюминия, ввиду отсутствия абсолютно инертных и устойчивых к расплаву электролита и металла, происходит постоянный износ катодных материалов.
Основными реакциями, при которых происходит разрушение катода, являются: поверхностные реакции, химические реакции внутри футеровочных материалов, реакции с огнеупорами и теплоизоляцией. Проникновение натрия в слои футеровки
Одним из факторов, влияющих на разрушение углеграфитовой футеровки является постепенное внедрение натрия из электролита и его свободных ионов, приводящее к ее расширению, которое вызвано постоянным воздействием электролита на подовые материалы ввиду несмачиваемости подины алюминием и давлением движущегося слоя металла на поверхность катодных блоков. А1{ж) + 3 NaF(Kpuomm) = 3 Na(e с) + AlF3(Kpuojjum) (3.1) Известно [5, 21, 63, 64], что активность натрия на подовые и контактирующие с электролитом углеродсодержащие материалы будет возрастать с увеличением криолитового отношения (КО). Поэтому, чтобы снизить скорость этого процесса в производственной практике распространен способ ведения процесса при низком криолитовом отношении - технология кислых электролитов, при которой снижается температура плавления электролита (температура ликвидуса) на 10-20 С, что создает возможность формировать плотную прочную настыль по всей периферии электролизной ванны, которая предохраняет футеровку от ее разрушения в течение всего периода эксплуатации [5, 6, 21].
Внедрение натрия в слои графита и другие углеродсодержащие части подины в настоящее время рассматривается как диффузионное движение от источника (электролита) с постоянной объемной концентрацией [21, 63, 64]. Также необходимо отметить, что инфильтрация Na увеличивается пропорционально увеличению катодной плотности тока, и зависит от степени графитизации угольного материала [63-67]. Одним из слабых мест подины являются межблочные подовые швы, и именно в этом направлении проникновение электролита и внедрение натрия идет наиболее активно.
Одним из негативных последствий натриевого расширения является увеличение размеров микротрещин, которые, как правило, образуются на поверхности подины в пусковой период, и после попадания в них электролита внутри структуры подовых и бортовых блоков происходит уже образование длинных капилляров, ведущих к последовательному проникновению натрия вглубь катода, т.е. увеличению глубины и степени пропитки углеграфитовых материалов (УГМ) подины (рисунок 3.1).
Увеличение микротрещин в результате натриевого расширения Результаты анализов выбивки отключенных в капитальный ремонт электролизеров, подтверждают данные выводы, так как в районе межблочных швов между углеграфитовыми блоками слоем защитной смеси СБС, очень часто происходит образование электролитных линз (рисунок 3.2). Образование линзы можно расценивать двояко: с одной стороны этот процесс препятствует дальнейшему распространению расплава вглубь катода (при условии отсутствия крупного прорыва электролита), а с другой - это может привести к сильной деформации и разрушению подового блока и токоотводящего стержня (блюмса).
Образование карбида алюминия Контакт между жидким алюминием и углеродом не приводит к образованию карбида (ниже 1000 С), но реакция усиливается в присутствии криолита и фтористых солей. Поэтому, реакция между алюминием и углеродом термодинамически возможна при любых температурах электролиза алюминия [4, 21,57,68].
Действие криолита, обусловлено его смачивающими свойствами. Он растворяет любые защитные оксидные слои, металлический алюминий и футеровку.
Реакция карбидообразования протекает до насыщения расплава электролита в прикатодной зоне и до определенной толщины карбидного слоя на угольной поверхности, после чего слой действует как диффузионный барьер.
В настоящее время керамические материалы на основе карбидов и нитридов кремния приобретают все большую важность как заменители угольных бортовых блоков. По многим характеристикам они превосходят угольные материалы, в первую очередь, с точки зрения низкому окислению на воздухе и коррозии за счет воздействия расплавленного алюминия и электролита. Однако, даже при использовании карбидокремниевых блоков и комбинированных вставок и покрытий не удается избежать локальных разрушений [21, 26, 28, 66-71].
Бортовые блоки окисляются как от воздействия электролита, так и по верхней поверхности и с обратной стороны блока. Первый фактор приводит к прямому разрушению борта, второй не менее значителен, поскольку окисление обратной стороны блоков носит кумулятивный эффект, который создает воздушные полости между углеродом и стальным кожухом, нарушая тепловой баланс.
Основным продуктом реакции окисления является кремнезем, так как оставшийся карбид кремния образует на поверхности своих частиц пленку Si02, которая защищает его от дальнейшего высокотемпературного окисления. Окисление карбидокремниевых блоков сопровождается следующими химическими взаимодействиями:
Кроме воздействия воздушной среды, карбидные блоки дополнительно подвергаются воздействию расплавленного криолита и фторида натрия. Фторид натрия диффундирует через настыль, диссоциирует, и слой Si02 растворяется -начинается процесс химической коррозии. Необходимо при этом отметить, что при стабилизации теплового баланса, при формировании постоянной настыли (ФРП), которая защищает карбидокремниевые блоки, самая большая скорость растворения происходит именно на границе «воздух-электролит». Именно на этой границе видны отчетливые разрушения бортовой футеровки как для угольных, так и для карбидокремниевых плит.
Однако, характер взаимодействия между слоями металла и электролита в катодном устройстве в наибольшей степени определяет уровень воздействия межфазной границы на бортовую футеровку электролизера независимо от применяемого типа бортового блока. Это объясняется различными скоростями движения электролита и металла (разницей плотностей подвижной среды), а также различным характером турбулентных потоков (см. рисунок 3.3). Кроме того, постоянное снижение уровня металла, при его выливке, отрицательно сказывается на толщине гарнисажа и настыли, при этом сильно меняется форма рабочего пространства, соответственно и тепловые условия работы электролизера.
Перспективные промышленные способы переработки футеровки
Несколько лет назад компания «Martin Marietta» успешно разработала процесс пиросульфолиза, в основе которого лежит термическая обработка отходов футеровки в реакторе кипящего слоя с добавлением к ним серы в различной форме (S,S02,H2S04,HTX)[95].
Процесс аналогичен пирогидролизу, однако, его проводят в две стадии. При этом цианиды термически разлагаются уже на первой стадии, а дополнительное удаление фторидов из футеровки происходит на второй стадии во время реакции вместе с добавлением серы.
Двухстадийность процесса дает ряд преимуществ: контроль отдельных реакций; меньший выхода газа; возможность удаления А120з и Si02 из шлака перед сульфолизом; рациональный выбор конструкции реактора для сжигания. Использование материалов отработанной футеровки в анодах и катодах алюминиевого электролизера тоже имеет место как способ утилизации. Канадская компания «Alcan» (см. таблицу 4.2) разработала промышленный процесс, в котором углеродная часть футеровочных материалов катода алюминиевого электролизера обрабатывалась в автоклаве с острым паром. При этом происходило разрушение карбидов и нитридов, и футеровка становилась пригодной для повторного использования в качестве присадки для подовой массы.
Американская компания «Alcoa» также провела испытания по добавке обработанной футеровки 25 масс.% в производство подовых блоков. В ходе испытаний установлено, что может быть использована угольная часть футеровки с содержанием углерода более 50 масс.%. Общие недостатки обсуждаемых способов утилизации и переработки катодной футеровки имеют сходство в том, что добавки в материалы катода в целом снижают электросопротивление в катоде, но при этом увеличивается значение линейного расширения и повышается вероятность растрескивания блоков [96].
При добавлении предварительно обработанной углеродсодержащей футеровки в анод [97] в качестве заменителя нефтяного кокса приводит к увеличению расхода анода, как для обожженного анода ОА, так и СА. Однако, при добавке до 4,5 масс.%, отработанной футеровки в анод считается приемлемым, так как это не оказывает значительного отрицательного эффекта на изменение состава электролита, на рабочее напряжение и его стабильность, на выход по току и потребляемую мощность, температуру электролита, и падение напряжения в аноде.
В России, в связи с большими объемами образования отработанной футеровки, также проектировались способы по ее утилизации и переработке. Так, в 80-х годах прошлого века с целью возврата фторидов и других ценных компонентов на Ачинском глиноземном комбинате существовала опытная линия по переработке огнеупорной и углеродсодержащей футеровки электролизеров [51, 97]. Переработка производилась выщелачиванием футеровки в растворе NaOH, при этом фтор на 60-65% переходил в раствор, который в дальнейшем направлялся на получение криолита. Количество перерабатываемой футеровки составляло более 40 тыс. т./год при производстве криолита - 6,5 тыс. т/год.
Недостатками технологии оказались: отсутствие рынка сбыта Si/C -содержащего кека, большое соотношение Ж:Т-15 -20:1 и образование взрывоопасных газов при взаимодействии с футеровки с раствором, высокое содержание калия в выпускаемом криолите.
Предлагаются и другие способы, например термохимическая переработка с содой при температуре 1000-1200 С (см.рисунок 4.5) [98]. Поггутные отходы
Блок - схема термохимического способа переработки отработанной футеровки Преимуществом данного способа перед ранее использовавшейся технологии является окисление цианидов, содержащихся в футеровке, и перевод токсичных соединений в комплексы, исключив выделение взрывоопасных газов при дальнейшей обработке. При этом натрий вытесняет алюминий из фторидных комплексов, переводя его в растворимый алюминат натрия.
На следующей стадии выщелачиваются растворимые соединения. Смешанный фторидно-алюминатный раствор направляется на дробную карбонизацию для выделения А1(0Н)3 и Na3AlF6, а шлам на отмывку от щелочи и далее в производство цемента.
Недостатком технологии является присутствие свободного NaF в печи, что будет сказываться на срок службы футеровки, насыщенное аппаратурное оформление. Кроме того предлагаемые переделы присутствуют в основном на глиноземном заводе, что ограничивает использование технологии.
Также предлагается [99] использовать отработанную футеровку в качестве топливосодержащего сырья при производстве морозостойких керамических материалов. При этом ее количество составляет 10-13 масс.% от шихты. Отмечается, что такой шихты позволяет интенсифицировать структурообразование и существенно снизить температуру обжига в сопоставлении с материалом на основе диатомита при производстве керамических материалов. Полученный материал характеризуется высокой морозостойкостью и пониженной средней плотностью.
Не смотря на то, что в настоящее время предлагается несколько технологий переработки отработанной футеровки, в России, как отмечалось ранее (см. Главу 1), не существует промышленной переработки отработанных материалов катода.
В последние 3-5 лет в России [55, 56, 97] углеродсодержащая часть отработанной футеровки алюминиевых электролизеров с нескольких заводов дробится и направляется на производство цемента в качестве минерализующей добавки, а также в качестве флюса для предприятий черной металлургии. Однако сбыт данного сырья существенно ниже объемов образования, при этом в качестве альтернативы минерализатора и флюса используются отходы газоочистки и флотации угольной пены, также образующиеся при производстве алюминия [100-102]. Кроме того, по данным способам не возможно реализовать переработку огнеупорной части футеровки.
В настоящее время мировые лидеры алюминиевого производства считают необходимым развивать разработку инновационных технологий по переработке отходов футеровки алюминиевого электролизера [103]. Так, алюминиевый концерн «Rio Tinto Alcan», в настоящее время, активно занимается эффективным рециклингом отработанной футеровки электролизеров, с переводом ее в пригодный для дальнейшего использования продукт. В апреле 2008 г. этот концерн запустил в г. Квебеке завод по комплексной переработке футеровки производительностью 80 тыс. т в год с капиталовложениями 226,8 млн. долл. [56, 57, 104]. В основу способа положен гидрометаллургический метод низкощелочного выщелачивания ( ЬСЬ&Ь»-процесс). Продукцией завода являются в основном химические реактивы (NaOH, CaF2, NaF) и чистые углеродные материалы.