Введение к работе
Актуальность работы. Ежегодно в результате капитального ремонта алюминиевых электролизеров на заводах по мощности и технологии сопоставимыми с БрАЗом и КрАЗом образуется порядка 6000 т солевых шлаков подины или «пушонки». Образование данного побочного продукта связано с технологией подготовки электролизера к капитальному ремонту, применяемой па большинстве отечественных алюминиевых заводов. Эта технология заключается в использовании воды для охлаждения катодного устройства и размягчения солевых шлаков, находящихся в шахте электролизера.
Вовлечение данных шлаков в производство не только опасно с точки зрения техники безопасности, но и вредно с точки зрения экологии и технологии. Наличие таких примесей как железо, кремний и углерод может способствовать существенному снижению технико-экономических показателей процесса электролиза. Влага, содержащаяся в шлаках, при попадании в рабочий электролизер приводит к потерям дорогостоящего фтористого алюминия в результате протекания реакций пирогидролиза, а также может привести к взрыву с выбросом расплава. Отдельно следует отметить, что отсутствие возможностей для механизации процесса загрузки «пушонки» в электролизеры способствует повышению нагрузки на обслуживающий персонал электролизных корпусов и создает риск возникновения опасной ситуации.
Также следует отметить, что в результате взаимодействия солевых шлаков подины с водой, происходит интенсивное выделение аммиака, который оказывает негативное влияние на персонал электролизных корпусов. В связи с этим задача по разработке мероприятий по подавлению выделения данного экологически небезопасного соединения в рабочую атмосферу цеха по ремонту электролизеров является актуальной.
Целью диссертационной работы является разработка технологии переработки солевых шлаков подины алюминиевых электролизеров, для получения кондиционного вторичного фторсодержащего сырья и его последующего вовлечения в электролизное производство.
Для достижения поставленной цели необходимо решить следующие задачи:
- проанализировать отечественный и зарубежный опыт переработки
отходов капитального ремонта алюминиевых электролизеров;
- изучить физико-химические свойства солевых шлаков подины;
произвести термодинамические расчеты реакций протекающих при охлаждении шахты отключенного электролизера водой;
разработать методику подавления газообразования при контакте солевых шлаков подины с водой;
разработать технологию переработки и вовлечения солевых шлаков подины в электролизное производство.
Методы исследования. В работе для решения поставленных задач использовались химические и спектральные методы изучения состава исследуемого материала, методы компьютерного моделирования физико-химических процессов, методы аналитической статистки для обработки массива технологической информации. Исследования проводились в лабораторном, опытно-промышленном и промышленном масштабах. В качестве объекта исследования были выбраны корпуса электролиза и участок производства фтористых солей ОАО «РУСАЛ Братск».
Достоверность экспериментальных данных обеспечивается сходимостью и воспроизводимостью параллельных опытов, использованием установленных ГОСТом методик, современным метрологическим обеспечением лаборатории ИрГТУ и центральной заводской лаборатории Братского алюминиевого завода, надежностью применяемого поверенного оборудования и результатами промышленных испытаний.
Научная новшна заключается в том, что на основе изучения свойств солевых шлаков подины алюминиевого электролизера впервые:
- определен полный химический состав солевого шлака подины, в
котором обнаружено новое соединение - диамид (гидразин) - К2Н2,
являющееся высокотоксичным и взрывоопасным;
установлена термодинамическая возможность образования цианистого натрия в электролизере при температуре свыше 800С;
установлена возможность подавления образования вредных веществ в газовой фазе при контакте солевого шлака подины с водой путем его обработки сульфатными растворами.
Практическая значимость исследований состоит в следующем:
разработана и апробирована технологическая схема переработки солевых шлаков подины методом совместной флотации с угольной пеной и шламом газоочистки;
разработана, апробирована и внедрена в промышлешгую эксплуатацию технологическая схема переработки солевых шлаков методом совместной сушки с пастой вторичного криолита;
предложен способ дезактивации солевых шлаков подины (подавление образования аммиака в газовой фазе) путем их обработки отработанными растворами процесса кристаллизации регенерационного криолита.
Имеется положительное решение о выдаче патента. Подтвержденный экономический эффект за 2009 г. составил 14,9 млн. рублей.
Апробация работы. Основные положения и результаты диссертационной работы докладывались на корпоративной студенческой конференции ОК РУСАЛ (Каменск-Уральский, 2007); научно-практических конференциях «Перспективы развития технологии, экологии и автоматизации химических, пищевых и металлургических производств» (Иркутск, 2008-2010); VI-й Всероссийской научно-технической конференции молодых ученых и
специалистов алюминиевой и электродной промышленности, посвященной 50-летию ОАО «СибВАМИ» (Иркутск, 2008); Всероссийской конференции с элементами научной школы для молодежи «Инновационное развитие горнометаллургической отрасли» (Иркутск, 2009).
Публикации. По результатам выполненных исследований опубликовано 15 работ, включая 3 статьи в журналах, рекомендованных ВАК РФ.
Структура и объем работы. Диссертация состоит из введения, 3 глав, заключения, списка литературы из 110 наименований. Работа содержит 139 страниц машинописного текста, включая 37 таблиц и 30 рисунков, 4 приложения.
