КЛАССИФИКАЦИЯ ТВЕРДОФАЗНЫХ ОТХОДОВ

ДОКЛАДЫ АКАДЕМИИ НАУК РЕСПУБЛИКИ ТАДЖИКИСТАН
2006, том 49, №4
ФИЗИЧЕСКАЯ ХИМИЯ
УДК 669.71.002.68: 691.002.8
А.Шарифов, А.Ш.Муродиён, М.Умаров, А.Акрамов
КЛАССИФИКАЦИЯ ТВЕРДОФАЗНЫХ ОТХОДОВ ПРОИЗВОДСТВА
АЛЮМИНИЯ ДЛЯ ИХ ЭФФЕКТИВНОГО ИСПОЛЬЗОВАНИЯ
(Представлено членом-корреспондентом АН Республики Таджикистан Х.С.Сафиевым 20.10.2005 г.)
При производстве алюминия на ТадАЗе образуется большое количество таких твердофазных отходов, как угольные (подовые и боковые блоки) выделения после демонтажа
электролизера с примесями огнеупорных материалов, огнеупорная и теплоизоляционная футеровка электролизеров, анодные огарки, угольная пена, блюмс (катодный стержень), криолитно-глиноземная корка и другие. Ежегодно количество образующихся отходов составляет
десятки тысяч тонн. Учитывая, что на протяжении 27 лет работы ТадАЗа эти отходы полностью не утилизировались, к настоящему моменту на хвостохранилищах завода накопилось
огромное их количество, они занимают большие площади и загрязняют окружающую среду.
Эффективность вторичного использования данных отходов зависит от их количества,
однородности состава, постоянства свойств и других факторов. Эти факторы можно определить на основе системной классификации отходов, сущность которой заключается в следующем: отходы классифицируются по месту их образования, фазовому состоянию, гранулометрическому, химическому, минералогическому составам, количеству образований и т.п. Такая
классификация позволяет выбрать более оптимальную технологию утилизации отходов.
При длительной работе электролизера с обожженными анодами (обычно срок службы
электролизера составляет 3,5-5 лет) под действием агрессивного электролита, состоящего из
криолита и других фторсодержащих солей, разрушается футеровка. После демонтажа электролизера образуется большое количество отходов, которые состоят из обратного электролита, пушонки, угольной пены, раздробленных огнеупорных и теплоизоляционных кирпичей, а
также углеродистых материалов.
Обратный электролит и пушонка представляют собой смесь сложного состава, состоящего из глинозема, криолита и других фтористых солей. Образующиеся отходы являются
твердыми кусковыми и порошкообразными гранулами.
В табл. 1 и 2 приведены химические и минералогические составы твердофазных отходов. Сравнение составов показывает, что все отходы являются полиминеральными, причем
содержат ценные продукты, необходимые для производства алюминия. Для эффективного их
использования необходимо применение более тонкой технологии разделения данных отходов
на составляющие их продукты.
344
Физическая химия
А.Шарифов, А.Ш.Муродиён, М.Умаров, А.Акрамов
Из электролитной пены и углеграфитовых отходов сначала необходимо отделить углерод. Для этого наиболее простым является метод флотации. На ТадАЗе подвергают флотации
электролитную пену. Освободившийся углерод накапливается в хвостохранилище, смесь
глинозема и криолита возвращают на электролиз. В хвостохранилище также направляют отходы углеграфитов, образующихся после демонтажа электролизеров.
При флотационном разделении данных отходов возможно получение 25-50% порошкообразного углерода и 50-75% криолит-глиноземсодержащих соединений, которые после
соответствующих технологических переработок можно использовать для электролитического
получения алюминия.
Отходы теплоизоляционной футеровки после выделения углерода и криолита могут
быть применены для производства шамота (из которого они состоят) или других керамических материалов. Для некоторых случаев их применения нет необходимости в выделении углерода ввиду малого его содержания и для того, чтобы углерод при изготовлении изделий,
подвергаемых термообработке и обжигу, сыграл роль выгорающей добавки для обеспечения
тепла внутри изделия и образования пор в его структуре.
Такой подход наиболее приемлем, если данные отходы использовать в производстве
глиняного кирпича с определенными теплозащитными свойствами.
Таблица 1
Химический состав твердых отходов
Компоненты
Электролитная пена
Катодная футеровка
(угольные блоки)
F+
Al3+
Na+
SiO2
Fe2O3
SiO2-4
CaF2
MgF2
C
35
14,5
19,5
0,4
0,5
-
1
1,6
27,5
20
11
10,5
2,0
2,5
0,5
1,8
1,2
52
15
11
11
3
3
--
1,9
0,1
55
4,5
2,5
16
32
1,8
-
3,2
0,1
8
-
-
-
0,9
0,10
0,5
-
-
98,5
24
30
24
0,5
1,7
-
-
-
1,4
Катодная футеровка
(подовые угольные блоки)
Теплоизоляционная футеровка (шамотный огнеупор)
Анодные огарки
Криолитно-глиноземная
корка
Анодные огарки в основном состоят из углерода, поэтому вторично могут быть использованы по своему прямому назначению в производстве обожженных анодов.
345
Доклады Академии наук Республики Таджикистан
2006, том 49, №4
Кроме обожженных анодов выделенный углерод из отходов анодных огарков можно
использовать в производстве цемента, керамического кирпича, на теплоэлектростанциях.
Одним из эффективных способов утилизации углерода и анодных огарков является получение на их основе минеральных добавок к цементам и бетонам.
Таблица 2
Минералогический состав твердых отходов
Na3AlF6
Al2O3
SiO2
Fe2O3
SO32-
CaF2
MgF2
C
Электролитная пена
55
17
0,4
0,5
-
1
1,6
27,5
Угольные блоки
24
14
1,7-2
2,5
0,5
1,8
1,2
52
Подовые угольные блоки
26
12
3
3
-
1,9
0,1
55
11
48
32
1,8
-
3,2
0,1
8
-
-
0,9
0,10
0,5
-
-
98,5
45
36
0,5
1,7
-
-
-
1,4
Компоненты
Теплоизоляционная футеровка
Анодные огарки
Криолитно-глиноземная
корка
Эти отходы по-разному влияют на реологические свойства цемента и бетона. Отходы
шамотной футеровки электролизера снижают нормальную густоту цементного теста, в то же
время увеличивают время его схватывания, а углеродсодержащие отходы увеличивают нормальную густоту цемента, но резко снижают время его схватывания. Так, при использовании
первых отходов в количестве 20% в составе цемента его нормальная густота уменьшается с
23,25% до 22,5%, а вторых отходов – увеличивается до 26%. В то же время сроки схватывания цемента с первым отходом составляют от 3ч 30 мин до 6 ч 50 мин (для обычного цемента
3 ч 10 мин – 5 ч 40 мин), со вторым отходом – всего от 17 до 24 минут. Разумеется, что изменяются и другие свойства цемента, например прочность, стойкость при влиянии агрессивных
веществ на бетон и т.д.
В составе отходов имеются фторсодержащие соединения CaF2 и MgF2. После выделения криолитно-глиноземной фракции данные отходы будут очень ценным сырьем для производства клинкера цемента. Их эффективность определяется по следующим соображениям: во
первых, CaF2 и MgF2 в системе СаО – Al2O3 – SiO2 являются эффективными интенсификаторами для снижения температуры образования минералов клинкера [1,2]. Так, если обычный
процесс клинкерообразования цемента завершается при температурах 1450-1470°С, то присутствие фторсодержащего компонента снижает эту температуру на 100-130°С; во-вторых,
углерод отходов будет топливом при обжиге сырья, что позволяет снизить расход природного
газа в производстве цемента.
346
Физическая химия
А.Шарифов, А.Ш.Муродиён, М.Умаров, А.Акрамов
Таким образом, эффективное использование отходов ТадАЗа требует создания детальной их классификации и разработки соответствующей технологии их переработки и применения в производственном комплексе.
Таджикский технический университет
Поступило 07.06.2006 г.
им. М.Осими
Л И Т Е РАТ У РА
1. Тимашев В.В. Избранные труды: Синтез и гидратация вяжущих материалов. – М.: Наука, 1986,
362 с.
2. Нудельман Б.И. Энергосберегающая низкотемпературная технология цемента. – Ташкент: Мехнат,
1989, 364 с.
А.Шарифов, А.Ш. Муродиён, М.Умаров, А.Акрамов
ГУРЎЊБАНДИИ ПАРТОВЊОИ ИСТЕЊСОЛОТИ АЛЮМИНИЙ БО
МАЌСАДИ БОСАМАР ИСТИФОДАБАРИИ ОНЊО
Дар маќола партовњои истењсолоти алюминий гурўњбандї карда шудаанд. Нишон дода шудааст, ки ин партовњо дар ќисмњои гуногуни электролизѐр пайдо шуда, истифодаи онњо баъд аз људо кардани карбон ва омехтаи криолиту глинозем дар
истењсолоти сементу бетон ва хишти сафолї хеле муфид мебошад. Онњо метавонанд
њарорати истењсоли сементро паст ва сифати бетону хиштро бењтар карда арзиши
истењсоли онњоро кам намоянд.
A.Sharifov, A.Sh.Murodiyon, M.Umarov, A.Akramov
THE CLASSIFICATION OF WASTES OF ALUMINIUM PRODUCTION IN
PURPOSE OF EFFECTIVE THEM
In this article, the wastes of aluminium production are classified. Shown that, wastes are
formed in different parts of electroliser, and this profitable to use them in production of cement,
concrete and ceramic bricks, after extracting carbon, and of them. Using them can decrease the production temperature of cement and increase the quality of concrete and brick and reduce their cost.
347