Определение оптимальных параметров выщелачивания фтора из угольной части отработанной футеровки демонтированных электролизеров производства алюминия

N V Nemchinova,V V Somov,A A Tyutrin

doi:10.31897/pmi.2019.5.544

Abstract

When aluminum is obtained by electrolysis of cryolite-alumina melts when the baths are sent for capital repairs, a solid technogenic product is formed – waste lining of electrolytic cells (WLEC). The volume of formation of WLEC is 30-50 kg per 1 ton of aluminum. Currently, it is mainly stored at landfills near industrial enterprises, causing harm to the environment. However, this technogenic raw material contains valuable components (fluorine, aluminum, sodium) that can be extracted to produce fluoride salts, which are in demand during the electrolytic production of aluminum. The objects of research were samples of the coal part of the waste lining of dismantled S-8BM (E) type electrolytic cells of «RUSAL Krasnoyarsk» JSC (Krasnoyarsk) of RUSAL company. According to the X-ray experiment diffraction analysis (using a Bruker D8 ADVANCE diffractometer) of the phase composition of the samples, it was found that the main fluorine-containing compounds are cryolite, chiolite, sodium and calcium fluorides. The total fluorine content in the studied samples averaged 13.1 %. We conducted studies on the leaching of fluorine from WLEC with a solution of caustic alkali (NaOH concentration – 17.5 g/dm3). The process was carried out in a mechanically agitated reactor using a BIOSAN MM-1000 top drive laboratory stirrer with a two-blade nozzle. By the method of mathematical planning of a three-factor experiment, the mutual influence of three leaching conditions on the optimization parameter was established – the extraction of fluorine in solution (in percent). The maximum recovery of fluorine from WLEC to the leach solution averaged 86.4 % and was achieved with the following indicators:processtemperature–95°C,theratio ofliquidtosolidphase–9:1,duration– 210 min.

Highlights

При получении алюминия электролизом криолит-глиноземных расплавов при отключении ванн на капитальный ремонт образуется твердый техногенный продукт – отработанная футеровка электролизеров (ОФЭ)
Электролит, используемый при получении алюминия способом Эру – Холла, состоит из криолита, глинозема и корректирующих добавок – фтористого алюминия, фторида кальция
В результате математической обработки проведенных экспериментов по обработке отработанная футеровка электролизеров (ОФЭ) раствором каустической соды было получено уравнение многомерного полинома модели процесса выщелачивания, показывающее взаимное влияние на извлечение фтора в раствор трех параметров, и были определены значения данных оптимальных факторов процесса: продолжительность – 210 мин, Ж:Т = 9:1, температура 95 С; при данных условиях ведения выщелачивания извлечение фтора составило в среднем 86,4 %

Summary

Introduction

При получении алюминия электролизом криолит-глиноземных расплавов при отключении ванн на капитальный ремонт образуется твердый техногенный продукт – отработанная футеровка электролизеров (ОФЭ). Методом математического планирования трехфакторного эксперимента было установлено взаимное влияние трех условий выщелачивания на параметр оптимизации – извлечение фтора в раствор (в процентах). Максимальный переход фтора из ОФЭ в раствор выщелачивания составил в среднем 86,4 % и был достигнут при следующих показателях: температура процесса – 95 С, соотношение жидкой и твердой фаз – 9 :1, продолжительность – 210 мин.

Results

Conclusion