Метод получения криолита из шлака, образующегося при электролизе алюминия

Аннотация

Алюминиевый электролитический шлак, важный побочный продукт производства алюминия, представляет собой одновременно и экологическую проблему, и ценный ресурс для получения криолита. В данной статье описан комплексный метод эффективного извлечения и синтеза криолита (Na3AlF6).₃AlF₆Рассмотрим этот процесс переработки шлака с акцентом на ключевые этапы: дробление, измельчение, лихвирование, очистку и кристаллизацию. Интеграция передовых технологий помола крайне важна для достижения точного распределения размеров частиц, необходимого для optimalной химической реактивности и качества конечного продукта.

1. Введение

Мировая алюминиевая промышленность ежегодно производит миллионы тонн шлака, образующегося в процессе электролиза. Традиционно этот материал считается отходами, однако он содержит значительные количества фтора и алюминия, в основном в виде криолита и алюминия. Переработка такого шлака с целью получения криолита высокой чистоты является не только экономически выгодной (ведь это сокращает потребность в первичном производстве криолита), но и решает важные экологические проблемы, связанные с выщелачиванием фторидов и их захоронением на свалках. Успех этого процесса рециклирования во многом зависит от этапов механической обработки шлака — в частности, от его тонкого измельчения, что позволяет выделить ценные компоненты для последующих гидрометаллургических процессов.

2. Обзор процесса

Производство криолита из шлака, полученного в процессе электролиза алюминия, включает в себя ряд взаимосвязанных процессов, как показано на упрощенной схеме процесса ниже.

Процесс начинается с приема и подготовки сырого шлака, затем следует уменьшение его размера, химическая обработка и формирование конечного продукта.

2.1. Предварительная обработка шлака и первичное дробление

По прибытии шлак, образовавшийся в результате электролиза, сначала подвергается ручному сортированию и магнитному отделению для удаления крупных металлических кусков алюминия и других железосодержащих примесей. Очищенный шлак затем направляется в первичное щековое дробилку, где его размер уменьшается до приемлемого уровня – обычно до 50 мм – что подготавливает его к следующему этапу – тонкому измельчению.

2.2. Тонкая обработка: ключ к освобождению

Это самый важный механический этап процесса. Предварительно измельченный шлак необходимо измельчить в очень мелкое и однородное порошко, чтобы максимизировать площадь поверхности, необходимую для последующих реакций выщелачивания. Целевой размер частиц обычно находится в диапазоне от 200 до 400 сит (74–37 мкм) или даже меньше. Ненадлежащее измельчение приведет к неполному выщелачиванию, низкой эффективности извлечения компонентов и получению некачественной конечной продукции.

Для этого требовательного приложения можно использовать обычные шаровые мельницы, однако они часто обладают низкой энергоэффективностью и не позволяют точно контролировать размер частиц. Очень рекомендуемым решением является наш продукт.Подход для управления цепочками поставок (SCM – Supply Chain Management). Ультрамелкая мельница серии SCM.Этот мельничный аппарат спроектирован таким образом, чтобы обеспечивать точно нужную степень помола для данного процесса. Диапазон производительности составляет от 325 до 2500 сеток (45–5 мкм), что гарантирует полное выделение частиц криолита и алюминия.Система высокоэффективной оценкиГарантирует получение однородного продукта без крупных зерен; при этом…Энергосберегающий дизайнЭнергопотребление на 30% ниже по сравнению с жетловыми мельницами, что значительно снижает операционные затраты. Прочная конструкция с использованием специальных роликов и щелочек для измельчения обеспечивает долгий срок службы даже при обработке абразивных материалов, таких как электролитический шлак.

2.3. Процессы выщелачивания и очистки

Тщательно измельчённый шлаковый порошок подвергается контролируемому процессу выщелачивания, как правило, с использованием карбоната натрия (Na2CO3).₂CO₃Раствор используется для растворения фторидов и содержащихся веществ алюминия в воде, в результате чего образуются растворимые соединения – натриевый алюминат и натриевый фторид. Для этой цели может применяться раствор гидроксида натрия (NaOH).

Основная реакция:2Na₃AlF₆+ 4Na₂CO₃→ 2Al(OH)₃↓ + 12NaF + 4CO₂↑ Упрощенное представление; на самом деле химия гораздо сложнее.

Затем суспензию фильтруют, чтобы отделить нерастворимые остатки (например, неотреагировавшую алюминию, частицы углерода) от раствора, содержащего NaF и NaAlO.₂.

2.4. Кристаллизация и синтез

Криолит синтезируется путем взаимодействия очищенного раствора, полученного в результате экстракции. Диоксид углерода (CO₂)₂Часто в раствор добавляют газы, чтобы скорректировать pH и вывести синтетический криолит в виде осадка.

Синтетическая реакция:6NaF + NaAlO₂+ 2CO_{Вот перевод текста на русский язык:}

“2”→ На₃AlF₆↓ + 2Na₂CO₃

Отделившиеся криолитовые кристаллы затем фильтруют, промывают для удаления растворимых солей и сушат. Материнская соль, богатая карбонатом натрия, часто может быть повторно использована на этапе лихвирования, что повышает экономическую эффективность процесса и сокращает количество отходов.

2.5. Сушка и упаковка

Влажный криолитовый фильтрующий шарик подвергается сушке в ротационной или флюидизированной печи с целью доведения содержания влаги до уровня менее 0,5%. Готовый, высушенный криолит упаковывается и отправляется на алюминиевые заводы, где используется в качествеflux-материала в процессе Холла-Эрула, тем самым полностью завершая производственный цикл.

3. Ключевая роль оборудования для мельничного производства

Эффективность всего процесса во многом зависит от работоспособности системы шлифования. Нестабильная степень тонкости получаемой массы приводит к следующим проблемам:

• Ниже эффективность выщелачивания: Крупные частицы имеют меньшую площадь поверхности, что приводит к более медленному и неполному растворению вещества.
• Более высокое потребление химических веществ: неполная реакция требует использования избыточного количества реагентов.
• Непрочистый продукт: неразложившиеся примеси могут попасть в готовый продукт.
• Увеличение времени фильтрации: Нечетко определенная морфология частиц может препятствовать разделению твердых и жидких веществ.

Поэтому инвестирование в передовые, надежные технологии фрезерования является не приятным выбором, а необходимостью для успешного и устойчивого ведения бизнеса.

4. Рекомендуемое оборудование для крупномасштабных операций

Для очень крупногабаритных установок, обрабатывающих большие объемы шлака, следует использовать специальные технологии и оборудование.Мельница серии MTW с трапециевидным форм-факторомПредставляет собой отличную альтернативу или дополнительное решение для этапов средней мельничной обработки. Благодаря высокой производственной мощности (3–45 тонн в час) и возможности обрабатывать материалы размером до 50 мм, это устройство идеально подходит для основных задач тонкой мельничной обработки.Инновационная изогнутая вентиляционная труба… иИзносостойкая лопатаДизайн обеспечивает высокую пропускную способность при низких затратах на обслуживание.Целостная передача с коническими шестернямиДостижение эффективности передачи данных в 98% делает этот инструмент мощным и надежным средством для любых задач обработки минералов, включая подготовку алюминиевого шлака.

5. Контроль качества и спецификации продукции

Готовый синтетический криолит должен соответствовать строгим отраслевым стандартам, чтобы его можно было использовать в электролизных установках по получению алюминия. К ключевым параметрам относятся:

• Чистота (Na)₃AlF₆Содержимое превышает 98%.
• Содержание влаги < 0,5%
• SiO₂+ Fe₂О₃Контент составляет менее 0,45%.
• Конкретное распределение размеров частиц (достигается путем контролируемого помола и сортировки)

Постоянный поток сырья от высокопроизводительного мельничного оборудования, такого как серия SCM, является первым и наиболее важным шагом на пути к надежному соблюдению этих требований.

6. Экономические и экологические преимущества

Реализация данного метода приносит значительные преимущества:

• Сохранение ресурсов:Снижает зависимость от природных ресурсов криолита.
• Переработка отходов:Превращает опасные отходы в ценный продукт.
• Экономическая прибыль:Создает новый источник дохода за счет использования отходов.
• Соблюдение экологических норм:Снижает риски загрязнения фторидами, связанные с хранением шлака.
• Энергетическая эффективность:Использование современных, эффективных мельниц, таких как серия SCM, позволяет минимизировать энергопотребление процесса переработки.

7. Заключение

Производство криолита из шлака, образующегося при электролизе алюминия, представляет собой технически осуществимый и экономически выгодный процесс, который идеально соответствует принципам циркулярной экономики. Суть этого процесса заключается в эффективном и точном измельчении сырого шлака. Важно подобрать подходящую технологию измельчения — например, высокоэффективную и точную…SCM Ультратонкий МельницейИли высокопроизводительный вариант.MTW Трапециевидный мельничный комбайнЭто основополагающее условие для достижения высоких показателей восстановления материалов, производства качественной продукции, а также обеспечения общей экономической и экологической устойчивости процесса производства. Применяя данный метод, производители алюминия могут эффективно управлять своими отходами, снижать влияние своей деятельности на окружающую среду и извлекать дополнительную ценность из своих производственных цепочек.