<<
>>

АЛЮМИНИЙ ИЗ ШЛАКОВЫХ СЪЕМОВ ПЛАВИЛЬНЫХ ПЕЧЕЙ

В процессе плавления металлического алюминия на поверхности образуется пенистый шлак, представляющий собой смесь продуктов взаимодействия алюминия с воздухом. Смесь включает оксид и нитриды алюминия, некоторые другие компоненты.

Перед выпуском плавки и разливкой шлак удаляется. />В процессе удаления шлака с поверхности он уплотняется в грязеобразные комки, которые могут представлять собой как маленькие куски (не более 2,5 см в диаметре) так и агломераты с диаметром ~30 см. Содержание чистого металла (или сплава) в шлаке может меняться от 30 до 95 % (по массе) в зависимости от многих факторов: состава сплава, метода получения расплава, аккуратности удаления шлака. Считается, что в шлаке остается I—2 % общего количества расплавленного алюминия.

В силу высокого содержания алюминия в шлаке и постоянного характера потерь делаются попытки перерабатывать шлак с целью максимального выделения алюминия. Обычно применяемые методы включают сбор, измельчение, сортировку и последующее плавление с использованием солевых флюсов.

Флюсы как правило представляют собой смесь хлористого натрия и хлористого калия с небольшим количеством (I—5%) криолита. Флюс смешивается со шлаком, загружается во вращающиеся печи, нагреваемые выше температуры плавления алюминия и флюса. Солевой флюс эффективно смачивает неметаллические компоненты шлака и способствует отделению алюминия от неметаллических фракций. Расплавленный металл сливается из печей, а остаток направляется в отвал. Практикуется выброс остатков в тех местах, где позволяет рельеф местности.

Заводы по производству и переработке алюминия в США в результате переработки алюминийсодержащих шлаков производят более 200 ООО т солевого остатка ежегодно. Выброс этих остатков в окружающую среду вызывает серьезную критику, так как грунтовые воды выщелачивают соли из остатка. Кроме того, использование солевых флюсов приводит к образованию корродирующих паров, которые необходимо подвергать очистке.

Предложены различные процессы для выделения алюминия из печного шлака: процессы с использованием флюсования, бесфлюсовые процессы выделения; процессы, в которых шлаковые съемы используются без дополнительной переработки в различных металлургических процессах.

Процесс, предложенный Д. Монтанья (патент США 3999980, 28 декабря 1976 г., Министерство внутренних дел США), предназначен для выделения алюминия из отходов производства, например шлаков, а также консервных банок и другой упаковки, без использования флюсов путем нагревания выше температуры плавления алюминия, но ниже 800 0C в атмосфере, инертной к расплавленному алюминию. После полного расплавления алюминия нагреваемые материалы аккуратно перемешиваются для агломерации расплавленного алюминия и осаждения его на дне с°суда. После этого алюминий удаляется, в печи остается инертный остаток. В качестве инертного газа обычно используют аргон. Схема такого процесса показана на

Шлак, получаемый при переработке расплавленного алюминия I, подвергается размельчению в устройстве 2 (например, в барабанном измельчителе). Эта стадия может быть опущена, если шлак находится в виде мелких гранул, без больших комков, которые могут затруднить проведение последующих операций. Размоло- ыи шлак с размером частиц около 5 см подается по линии 3 в плавильную

Йечь 4. Печь может обогреваться любым типом топок, обеспечивающих температуру Л1750 °С, и должна иметь конструкцию, позволяющую создавать защитный слой инертного газа — аргона, вводимого по линии 5 в процессе нагревания.

Кроме того, печь должна иметь устройство для аккуратного перемешивания шлака после расплавления алюминия. Перемешивание может осуществляться лопастной мешалкой из стали, покрытой защитным слоем карбида кремния, перемещающейся вертикально от верхней к нижней части печи. При использовании такой конструкции скорость вращения составляет 5—20 об/мин.

Возможно противоположное решение, когда перемешивание создается вращением самой печи.

Перемешивание должно продолжаться до полной агломерации алюминия в расплавленную глобулу и сбора всей массы металла на дне печи. Как правило достаточно 2—15 мин для выполнения этой операции.

После окончания перемешивания алюминий разливается в соответствующие формы. Нет необходимости оставлять определенное количество расплавленного

металла в печи до следующей загрузки, как это обычно делается при использовании флюсов. Твердый остаток после разливки алюминия представляет собой шлак с низким содержанием алюмття, он направляется по линии 7 в измельчительное устройство 8. Желательно, чтобы это устройство обеспечивало достаточное истирающее действие для освобождения частиц металлического алюминия от окиси алюминия.

После измельчения и истирания по линии шлак подается на просеивание 10, где делится на мелкую и крупную фракции. Мелкая фракция, представляющая собой в основном оксид алюминия, удаляется из процесса. Грубая фракция 12 содержит значительное количество алюминия и возвращается в печь для дополнительного выделения металла. Можно проводить этот процесс без размола, просеивания и стадии рециклизации, но это снижает общий выход алюминия.

В процессе, предложенном Я. Я. Папафингосом и Р. Т. Лэнсом (патент США 4030914, 21 июня 1977 г., фирма «.Алумакс Милл ПродактсИнк.ъ), алюминиевый шлак, окалина и съемы с расплава подвергают плавлению в присутствии флюсов, содержащих хлориды натрия или калия, или их смесь в комбинация с хлоридом кальция, доля которого в составе флюса может изменяться от I до 50%.

Удаление алюминиевого шлака происходит вместе со значительным количеством расплавленного алюминия, большая часть которого включена в массу шлака и предохраняется от дальнейшего окисления. Часть металлического алюминия, однако, находится на поверхности комков и подвержена действию воздуха.

В процессе удаления шлака из печи при температуре 650 0C металлический алюминий, вступающий в контакт с воздухом, подвергается быстрому окислению. Так как в процессе окисления выделяется тепло, при работе с расплавленным и полурасплавлен- иым алюминием возникает пламя, эта реакция называется алюминотермией.

Существующие методы работы с алюминием включают процессы, использующие алюминотермию для создания высокой температуры. При этом создаются благоприятные условия для стекания алюминия и отделения его от массы шлака. Известны также процессы, в которых используется охлаждение, позволяющее освободить включения металлического алюминия из массы шлака.

При использовании методов алюминотермии, помимо значительных потерь металла в результате его окисления происходит выделение большого количества «дыма» — мелких частиц оксида алюминия, диспергированных в воздухе — представляющего опасность для здоровья работающих.

Согласно методу Я. Я. Папафингоса и Р. Т. Лэнса, (патент США 4039173, июля 1977 г., фирма чАлумакс Милл Продактс Инк.»), шлак, в основном оксиды и нитриды алюминия, и вкрапленный металлический алюминий быстро переносят из плавильной печи в охлаждаемый барабан; температура менее чем за 3 мин падает ниже 200°С, выделение алюминия происходит после полного охлаждения.

В большом числе известных способов для выделения металлического алюминия из алюминиевого шлака проводится нагрев под флюсом, состоящим из различ-

нцч солен или их смесей, обычно хлоридов щелочных и щелочноземельных металлов. В ряде стран используются фториды.

При флюсовании металлический алюминий, защищенный флюсом, удаляется из шлака путем стекания или с использованием соответствующих разделяющих устройств. Остающаяся солевая масса состоит из флюсов, основных компонентов алюминиевого шлака — оксидов алюминия, частиц или кусков металлического алюминия, а также большого числа примесей, плотность которых меньше плотности алюминия и образуют частицы с большим количеством пор и незначительной плотностью.

Обычно солевой остаток охлаждается с образованием больших кусков, очень твердых и трудно поддающихся переработке.

Рис. 5. Выделение алюминия и солей в процессе переработки печного шлака: I — подача алюминия; 2 — плавильная печь; 3 — металлический алюминий; 4 — алюминий, продукт; 5 — шлак; 6 — охлаждение шлака; 7 — флюс; 8 — роторный сепаратор; 9 — охлаждение солевого остатка; 10 — солевой остаток; 11 — вода; — автоклав; 13 — суспензия; 14 — просеивание; 15 — рассол; 16 — испаритель: 17 — солевая суспензия; 18 — разделитель; 19 — мелкие фракции

Куски солевого остатка размалываются специальными машинами или вручную Для выделения включений металлического алюминия. Обычно алюминий присутствует в виде вкраплений, от совсем небольших до имеющих толщину as 10 см. После выделения алюминия, остаток обычно направляют в отвал, поскольку сам ои не находит никакого применения, а выделение содержащихся в нем солей очень трудоемко и экономически иеоправдано.

Отвалы солевых остатков приводят к возникновению серьезных экологических проблем. В условиях действия влаги создается опасность выщелачивания солей и попадания их в сельскохозяйственные, промышленные и питьевые воды. Сброс солей в карьер и другие естественные хранилища ие может считаться безопасным методом удаления, так как есть возможность попадания солей в грунтовые и поверхностные воды.

Процесс, разработанный Я. Я. Папафингосом и Р. Т. Лэнсом (патент США 4073644, 14 февраля 1978 г.; фирма ч-Алумакс Милл Продактс Инк.»), обеспечивает не только выделение алюминия из солевого остатка, но н выделение и использование солевых флюсовых компонентов. Процесс схематически показан на рис. 5.

Процесс, разработанный Я. Дж. Кромвелем (патент США 4126673, *1 ноября 1978 г., фирма «Кромвель Металз, Инки), представлен на рис. 6.

Шлак, предварительно размолотый до частиц размером от 0,25 до 0,6 см, помещают в бункер 7нс помощью ковшового подъемника 2 подают на двухъярусное сито 3. Очевидно, что предлагаемый метод более эффективен, когда в бункер I загружают сырье, предварительно отсортированное по размеру.

При размерах Частиц шлака 5 CM и мен^е (в диаметре), размер частиц, попадае?лых в бункер I,

может варьироваться, см: 0,06—0,12, 0,12—0,25, 0,25—0,6, 0,6-1,2, 1,2-2,5, 2,5—3,7, 3,7—5,0. Эти соотношения могут изменяться.

Окись и алюминиевая пыль, имеющие размеры, например, lt;0,12 см, проходят через двойное сито 3 в бункер 4 и собираются как конечный товарный продукт — порошкообразный оксид алюминия с низким содержанием металлов.

Порошок, собираемый в бункере 4, содержит различный процент алюминия. Контейнер 4а предназначен для приема порошка оксида алюминия из бункера 4. Остающийся на ситах шлак подается на магнитный сепаратор 5, где удаляются железосодержащие материалы, после чего шлак подается в бункер 6. Далее по


транспортеру 7 шлак поступает к вибрационному дозатору 8, затем к первой паре размалывающих барабанов 9. Барабаны смонтированы с определенным усилием сжатия друг относительно друга, создаваемым пружиной 10.

Барабаны имеют определенный зазор, который меньше размера проходящих частиц; при прохождении шлака барабана могут упруго раздвигаться.

Например, для шлака с размером частиц от 0,25 до 0,6 см, подающегося иа барабаны, зазор между роликами должен быть порядка 0,12 см. Зазор может соответствующим образом изменяться, чтобы быть меньше размера самых небольших проходящих частиц. Барабаны сжимают проходящий шлак и обеспечивают разрушение связей между металлом и неметаллическими компонентами. Давление пружины может регулироваться независимо от зазора и должно увеличиваться или уменьшаться пропорционально размеру частиц шлака.

Размолотый шлак из барабанов подается по наклонному транспортеру 11 в бункер 12, питающий ковшевой подъемник 13, далее шлак поступает на одинарное вибрационное сито 14, где отсеиваются алюминиевая и неметаллическая пыль. Порошок с сита 14 попадает в нижележащий бункер 15 и контейнер 15а, затем подается в молотковую мельницу 16 для отбивки от металла остатков оксида алюминия. В этом отношении предварительное сжатие шлака барабанами 9 очень важно, так как оно способствует отделению оксида от металла в молотковой мельнице,

На этой стадии нет необходимости разрушать поступающие частицы, цель заключается в получении частиц шлака с более высоким содержанием алюминия, в которых на поверхности металла практически не содержится оксида алюминия.

Воздушный сепаратор 17, соединен с нижней частью корпуса мельницы 16 и отводит часть порошка из мельницы в отдельно расположенный пылеуловитель с тканевыми фильтрами 16а.

Шлак из молотковой мельницы по транспортеру 18 подается в бункер 19, из которого подъемником транспортируется алюминиевый концентрат и оксид не выведенный воздушным сепаратором 17, на одинарное вибрационное сито 21. Образующийся относительно богатый металлом концентрат может подаваться на другой магнитный сепаратор (не показан) и далее в вибрационный питатель 22.

Размолотые неметаллические вещества и мелкие частицы алюминия (если они присутствуют) просеиваются через чито 21 в бункер 20 и в качестве готового продукта, поступают в контейнер 20а. В процессе эксплуатации установлено, что при умеренном сжатии барабанами удаляется 7—8 % исходного оксида алюминия, а при дальнейшем размоле на мельнице 16, дополнительно удаляется значительное количество неметаллических компонентов (оксидов)— И—12% от исходного.

Шлак или алюмиииевый концентрат, подаваемые к вибрационному питателю 22 являются товарным продуктом, не требующим дальнейшей переработки. Последующая очистка повышает чистоту, однако удорожает стоимость материала. Получаемая на этой стадии чистота достаточна для выплавления металла в слитках. Использование стружечных печей заменяет применявшийся ранее способ выплавки металла с загрузкой более бедных алюминием фракций во вращающиеся печи; для последнего характерны все отмеченные выше недостатки.

Концентрат из дозатора 22 может направляться в валки 23, где частицы концентрата превращаются в пластинки.

Валки 23, имеющие фиксированные крепления, прессуют концентрат в пластинки толщиной 0,15 см. Зазор между валками 23 выбирается соответствующим образом и может изменяться в зависимости от размера частиц в бункере I. Пластинки падают на расположенное снизу сито 24, при этом отсеиваемый порошок алюминия и оксида попадает в бункер 25 и контейнер 25а.

На этом этапе пластинки содержат больше металла, чем концентрат в дозаторе 22. После сита 24 они могут использоваться как готовый продукт, не требукн щий дальнейшей переработки. Для приготовления слитков пластинки более предпочтительны, чем концентрат, так как имеют большую плотность и при загрузке в стружечную печь быстрее погружаются ниже ее верхнего уровня. Это важно для предотвращения возгорания металла при контакте с воздухом.

При необходимости дополнительной очистки продукта иа сите 24, пластинки подаются в молотковую мельиицу 26, где они размалываются и по лииии 27 подаются иа разделение в циклон 28, Циклои является широко известным устройством, куда частицы помола подаются таким образом, что создают в центре область низкого давления. Выпадающие здесь алюминий и оксид проходят по линии 31 к отдельно расположеииому пылеуловителю с тканевыми фильтрами 34, соединенному с контейнером 34а, аналогичным 20а, 25а и др. Более тяжелые металлические частицы из циклона попадают иа мельиицу 29, откуда продукт по линии 30 подается ко второму циклону 32, аналогичному 28. Оттуда алюминиевая и оксидная пыль попадают в линию 31 и в камеру пылеуловителя 34.

Металлический концентрат, который может иметь вид граиул, из циклона 32 подается иа сито 33. Гранулы алюминия на сите имеют более высокую чистоту по сравнению с пластинками, подаваемыми в мельиицу 26, так как прошли разделение компонентов в циклонах 28 и 32, и в результате отделения порошка алюминия к оксида на сите 33, направляемых в бункер 35 и контейнер 35а. Гранулы алюминия с сита 33 подаются в бункер 36, затем в контейнер 36а в качестве конечного продукта.

Гранулы концентрата, собираемые в контейнер 36а, являются наиболее ценным из всех продуктов вследствие их высокой чистоты. Однако их получение наиболее трудоемко,

<< | >>
Источник: М. Ситтиг. Извлечение металлов и неорганических соединений из отходов. 1985

Еще по теме АЛЮМИНИЙ ИЗ ШЛАКОВЫХ СЪЕМОВ ПЛАВИЛЬНЫХ ПЕЧЕЙ:

  1. АЛЮМИНИЙ ИЗ ШЛАКОВЫХ СЪЕМОВ ПЛАВИЛЬНЫХ ПЕЧЕЙ
  2. ЦИНКА ХЛОРИД ИЗ ОТРАБОТАННЫХ КАТАЛИЗАТОРОВ