Отмывка водорастворимых частей шлама. Химический и минералогический состав шламового поля ГУП «ТАЛКО»



Совершенствование существующих и новых наукоемких технологий способствует решению актуальной проблемы — переработке промышленных отходов производства алюминия и местного алюмофторсодержащего сырья, и снижению наносимого ущерба окружающей среде твердыми и газообразными отходами производства.

При этом важнейшими становятся вопросы создания безотходных производств на базе новых технологий, утилизации отходов производства, рационального ресурс обеспечения при росте дефицита природных ресурсов, эффективного их использования, в первую очередь путем вовлечения в производство вторичных ресурсов, образующихся в самом производстве.

Известно, что на территории ГУП «ТАЛКО» складированы сотни тысяч тонн отходов, содержащих: углерод, глинозем, криолит, фториды, сульфат и карбонат натрия, а шламовые поля завода занимают значительные полезные площади и загрязняют окружающую среду региона.

Ключевые слова: отмывка переработка шламовых отходов, глинозем-содержащее сырье

Шлам электролизного производства является одним из основных углерод, фтор глинозёмсодержащих отходов производства алюминия. В настоящее время на Таджикском алюминиевом компания накоплены, по приблизительным оценкам, сотни тысяч тонн шламов, которые складируются на шламовых полях и загрязняют окружающую среду в регионе.

Для того чтобы разработать действенные и экологически эффективные технологические схемы переработки шламов, необходимо было выяснить зависимость состава и характеристики образцов шламов от местонахождения в шламовом поле, от времени года "(степени освобождения!), от сроков хранения в отходах.

С этой целью нами была поставлена задача исследования топографического, послойного, химического и минералогического составов шламового поля Таджикского алюминиевого компания. Для этого был исследован химический и минералогический состав 4 проб, Типичный компонентный состав твердой фазы шламовых полей определен на основе образцов отобранных в 2016 году

Топографический анализ состава шламового поля проводился на основе забора 5 проб из 30 точек шламового поля на глубине от 20 до 50 см. Результаты средних химических и минералогических составов приведены в таблице 1.

Как следует из данных таблицы 1, содержание углерода и водорастворимая часть изменяются соответственно от 11,8 до 31,6 и от 5,1 до 41,5 масс % от веса сухого шлама и эти значения зависят от технологического процесса газоочистки завода и от степени и длительности воздействия атмосферных «осадков на шлам.

Таким образом, результаты проведенных анализов показывают, что использованию этих отходов в качестве возвратных для получения электролизом алюминия препятствует наличие в них углерода, сульфатов и карбонатов. Поэтому для переработки этих отходов требуется специальная технологическая линия, которая должна включать отмывку водорастворимой части и обезуглероживание шлама.

Для реализации выдвинутой гипотезы было предложено использовать восходящий поток с переменным гидродинамическим режимом. Предполагалось отмыть твердую фазу от сульфата натрия и исследовать возможности фракционирования углеродной составляющей. Схема пилотной лабораторной установки на основе пульсационной колонны с насадкой КРИМЗ представлена на Рис.1

Рис. 1. Схема пилотной лабораторной установки на основе пульсационной колонны

1-калона, 2-пулсация, 3-бункер верхние продукта, 4-насос,5-вход шлама,6-бункер ниже продукта, 7,8-серкуляционная труба

Использованы два режима. Первый из них осуществлялся в режиме фракционирования при линейных скоростях восходящего потока в диапазоне 5- 10 м/час Второй режим реализован в присутствии флоокулянта и преследовал цель определить предельно возможную скорость восходящего потока, исключающую значимый выход твердой фазы с верхним сливом колонны. Результаты исследований в первом режиме представлены дифрактограммами продуктов твердой фазы верхнего и нижнего сливов колонны

Рис. 2. Рентгенофазовые исследования шлама

Данные рентгенофазовых исследований позволяют сделать вывод, что значимого обогащения верхнего слива углеродной составляющей не происходит, а удельные нагрузки на рабочее сечение колонны по твердой фазе не представляют возможности реализовать этот процесс в промышленных масштабах.

Второй режим исследований показал, что в качестве флокулянтов могут быть с успехом использованы производные полиакриламида, в частности Престол 6240 широко применяемый в технологиях обработки сточных вод. Достигнутая скорость восходящего потока составила 19,2–20 м/час. Достигнутая величина предельной линейной скорости восходящего потока в режиме флокуляции позволяет иметь значимые удельные нагрузки по твердой фазе в рабочем сечении колонны и одновременно снизит до минимума содержание сульфатов в возвратных продуктах.

Как видно из таблицы 2, выявленные закономерности характерны как для образцов с максимальным содержанием водорастворимой части (41,5 %), так и для образцов с минимальным ее содержанием (5,1 %).

Таблица 1

Химический состав шламового поля, масса%

№	Наименование компонентов, масс%
	А13+	Na+	F«	S042"	СО32-	С	Fe3+	Si4+	На глубине, см	Водорастворимая часть
1	21,2	20,1	14,3	2,43	0,375	34,3	0,3	0,2	20	5,1
2	21,6	23,4	16,3	4,06	2,93	26,8	0,2	0,3	25	13,5
3	11,8	27,7	19,5	13,2	5,57	19,4	0,25	0,4	30	31,6
4	16,7	29,8	12,4	16,69	8,37	13,8	0,15	0,25	40	41,5
5	19,9	26,8	,16,9	4,79	1,87	24,8	0,4	0,2	50	11,7

Минералогический состав шламового поля, масса %

№	Наименование минералов, масса%
	А1203	Na3AlF6	Na2S04	Na2C03	NaF	С	Fe203	Si02	На глубине, CM	Водорастворимая часть
1	33,6	26,3	3,5	0,3	1,3	34,3	0,39	0,306	20	5,1
2	30,52	28,99	8,1	12,88	1,5	26,8	0,26	0,45	25	13,5
3	13,36	34,68	18,3	11,51	1,6	19,4	0,32	0,61	30	31,6
4	24,06	20,31	23,12	16,60	1,45	13,8	0,19	0,38	40	41,5
5	30,01	31,09	7,9	2,66	1,39	24,8	0,52	0,306	50	11,7

Результаты проведенных испытаний в полупромышленных условиях для определения химического и минералогического составов и продуктов отмывки приведены в таблицах 2, 3

Таблица 2

Химический состав исходного сырья ипродуктов отмывки шлама

№	Наименование компонентов, масс%	Наименование сырья ипродукции
		Не отмытый шлам, масс% (высушенный)	водорастворимая часть, масс% (высушенная)	Водонерастворимая часть, масс% (высушенная)
1	А1	8,8	-	24,8
2	Na+	30,1	60,1	18,32
3	F	7,3	0,8	13,58
4	so42-	16,69 І	33,4	0,3
5	СОз2" '	1,87	3,6	од
6	С	19,2	-	38,0
7	Fe3+	0,4	-	0,45
8	Si4+	0,2	-	0,3

Таблица 3

Минералогический состав исходного сырья и продуктов отмывки шлама

№	Наименование компонентов, масса%	Наименование сырья ипродукции
		Не отмытый шлам, масса% (высушенный)	Водорастворимая часть, масса% (высушенная)	Водонерастворимая часть, масса% (высушенная)
1	А1203	17,3	-	31,4
2	Na3AlF6	13,5	-	25,0
3	Na2S04	30,2	61,6	0,6
4	Na2C03+NaHC03	11,6	24,1	0,3
5	С	19,2	-	38
6	Fe203	0,6	-	-
7	Si02	0,4	-	0,7
8	NaF	5,3	11,8	0,2

Литература:

1. Рузиев Д. Р. Физико-химические основы комплексной переработки отходов алюминиевого производства: Автореф. дис. канд. техн. наук.-Душанбе, 1998. -21-с.
2. Разработка технологии утилизации отходов производства алюминия.-Душанбе, 1994.-.15 с.
3. Государственная экологическая программа Республики Таджикистана период 1998–2008 гг. Министерство охраны природы.1998. -159 с.
4. Сафиев X., Мирзоев Б., Мирсаидов У. М. Промышленные отходы -эффективные реагенты при комплексной переработке местного сырья Таджикистана//Первая Международная научно-техн. конф. «Технические системы и социально-правовые принципы экологической безопасности»: Сборник докл. -Ленинград, 1991. -С.125–128.
5. Запольский А. И., Баран А. А. Коагулянты и флокулянты в процессах очистки вод. Свойства, получение, применение. Л.: Химия, 1987 -208с.