РАЗДЕЛ 2
МЕТОДИКА ПРОВЕДЕНИЯ ИССЛЕДОВАНИЙ
2.1. Характеристика материала
В настоящее время в Украине одним из крупнейших производителей вторичного алюминия является СП "Интерсплав" города Свердловска Луганской области. Это предприятие выпускает алюминий путем переработки алюминиевого лома и отходов алюминиевого производства.
При первичной переработке (разделке и сортировке алюминиевого лома) стружки, съемов и других отходов часть алюминия теряется с отсевами и пылью. Из-за мелкого размера алюминиевых частиц и трудности обогащения этих отходов их не перерабатывают на вторичный алюминий и выбрасывают в отвал. При переплаве 20 тыс. т стружки в отвал выбрасывается около 400 т алюминия и 800 т окиси алюминия [12].
В процессе плавки и разлива алюминия образуется некоторое количество сплесков и съемов, а часть металла переходит в шлаки. Некоторую часть этих отходов тщательно собирают и снова направляют в переплавку, а остальную отправляют в отвал. При выплавке в отражательных печах 50 тыс. т вторичного алюминия образуется 15-20 тыс. т шлака, что связано с большими потерями алюминия, а также с затратами на вывозку шлака в отвал. Кроме того, шлаки наносят вред растительности и водоемам вблизи шлакоотвалов [12].
Отвальный шлак, удаляемый из печи при плавке алюминия с применением флюса, состоит в основном из оксидов алюминия, флюсовых солей, металлического алюминия в виде корольков различной величины, землистого засора, а также небольшого количества окиси железа, нитридов, карбидов алюминия и др. По соотношению этих веществ отвальные шлаки очень неоднородны.
При проведении экспериментов по прессованию брикетов в качестве основного материала использовали шлаки производства вторичного алюминия (алюмошлак), химический и гранулометрический составы которых, приведены в табл. 2.1 и 2.2, соответственно.
Таблица 2.1
Химический состав шлаков производства вторичного алюминия
Химический состав шлака, %
Al2O3
Al мет.
SiO2
MgO
Fe2O3
NaCl
KCl
Остальное
57,0
11,1
7,2
5,0
4,8
3,4
0,21
0,05
0,01
11,24
Таблица 2.2
Гранулометрический состав шлаков производства
вторичного алюминия
Выход фракции, %, при размере частиц, мм0,92 1,01,081,11,3151,631,816,92,421,350,74,42,41,9
По минералогическому составу алюмошлак является в основном алюмосиликатом Al2O3*SiO2. Шлак кислый, распадающийся (саморассыпающийся при вылеживании). Он содержит гигроскопичные компоненты, которые поглощают влагу из окружающей среды. Другие компоненты, такие, как нитрид алюминия AlN, при взаимодействии с водой разлагаются с выделением большого количества тепла и газов, например аммиака [104]:
AlN + 3H2O = Al(OH)3 + NH3 .
Под воздействием выделяющихся газов шлак рассыпается на мелкие частицы размером от 0,2 до 1,8 мм. Такой размер частиц вполне удовлетворяет требования к порошковым материалам по гранулометрическому составу, исключает операцию измельчения шлаков и позволяет при разработке технологии использовать закономерности порошковой металлургии.
Для расширения области применения алюмошлаков был проведен ряд экспериментов по возможности их прессования с примесью отходов гальванического производства. Предполагается, что совместное использование шлаков производства вторичного алюминия с другими сыпучими отходами, например, никельсодержащими гальваническими шламами, будет способствовать не только разжижению шлаков, но и легированию стали никелем при ее выплавке [11]. В качестве добавки в состав алюмошлака использовали никельсодержащие шламы - отходы аккумуляторного производства. Химический состав этих отходов приводится в табл. 2.3 [105].
Таблица 2.3
Химический состав никельсодержащих шламов
№Ni, %Fe, %C, %Ni/CВлага, %Остальное1
48,4
18,6
21,4
22,210,8
7,5
7,5
6,141,8
21,2
13,6
24,80,2
0,89
1,57
0,8919,3
3,4
9,5
11,019,5
48,41
46,43
35,01
Для упрочнения межчастичных связей брикета в состав шлаковой смеси данных отходов, в качестве связующего, вводился водный раствор грубодисперсной поливинилацетатной дисперсии ПВАД (полимерный крепитель) ГОСТ 18992-80, основные технические характеристики которой приведены в приложении Б.
2.2. Методика исследований технологического процесса
переработки отходов на основе алюмошлаков
Схема исследуемого технологического процесса переработки алюмошлаков в брикеты представлена на рис. 2.1.
Процесс подготовки шихты для прессования брикетов характеризуется следующими основными операциями:
* подготовкой шлака с определенным гранулометрическим составом;
* приготовлением шлаковых смесей различного химического состава;
* получением шихты, путем смешивания шлаковой смеси с водным раствором полимерного крепителя.
По гранулометрическому составу алюмошлак был разделен на три вида: мелкодисперсный, среднедисперсный и крупнодисперсный. Мелкодисперсный - основная фракция менее 1 мм, среднедисперсный - основная фракция примерно 1 мм, крупнодисперсный - основная фракция более 1 мм.
Приготовление шлаковых смесей различного химического состава заключается во включении в состав алюмошлака (химический состав приведен в табл. 2.2) никельсодержащих шламов (химический состав приведен в табл. 2.3). В результате чего были получены шлаковые смеси, содержание компонентов которых приведены в табл. 2.4.
В приготовленную шлаковую смесь вводили связующее вещество (связующее) в количестве 8, 11 и 21%. В состав связующего входят полимерный
Рис. 2.1. Схема исследуемого технологического процесса
переработки шлаков
крепитель (крепитель), в количестве 1%, и вода, которая вводится в его состав в количестве 7, 10 и 20% для равномерного распределения крепителя между частицами шлака.
Таблица 2.4
Исследуемые шлаковые смеси
Алюмошлак, %Никельсодержащие шла