The use of carbon-containing wastes of aluminum production in ferrous metallurgy

Представлены наиболее масштабные виды отходов алюминиевого производства (отработанные катодные блоки электролизеров, пыль газоочистки, шламы газоочистки, хвосты флотации угольной пены). Обозначены объемы их накопления и акцентировано внимание на необходимости их утилизации для улучшения экологической обстановки прилегающих к предприятиям территорий. Определены специфические характеристики образовавшихся отходов, указывающие на возможность их вторичного использования и перевода из разряда отходов в побочные продукты. Рассмотрены возможности переработки, проведен обзор существующих по данному направлению технических решений, а также объяснены причины, препятствующие их реализации. Определены наиболее перспективные способы переработки отходов, реализацию которых можно произвести в существующих экономических условиях. Отработанные катодные блоки могут быть использованы на предприятиях черной металлургии (в доменных печах и конвертерах) в качестве замены дорогостоящего кокса и плавикового шпата, а мелкодисперсные отходы – на предприятиях цементной промышленности. Обозначены направления, которые в будущем позволят существенно увеличить объемы переработки, повысить востребованность указанных отходов алюминиевой промышленности в технологических переделах черной металлургии. Несмотря на то, что особое внимание уделено перспективам сотрудничества алюминиевых заводов с предприятиями черной металлургии, показаны примеры уже внедренных решений по совершенствованию сырьевой базы в других смежных отраслях промышленности.

1. Куликов Б.П. Истомин С.П. Переработка отходов алюминиевого производства – СПб.: Изд-во МАНЭБ, 2004. – 477 с.

2. Кондратьев В.В., Ржечицкий Э.П., Шахрай С.Г. и др. Переработка отработанной углеграфитовой футеровки электролизеров с регенерацией фтористого алюминия // Металлург. 2016. № 6. С. 28 – 31.

3. Gu Yanxin etc. Recycling and re-use of a spent cell base: Practice of usage in China // Light Metals. 1994. No. 5. P. 269 – 273.

4. Борисоглебский Ю.В., Безруков В.А., Ветюков М.М. Влияние добавок отработанной футеровки алюминиевых электролизеров в анодную массу на расход анода // Цветные металлы. 1996. № 8. С. 37 – 39.

5. Куликов Б.П., Баринов В.В., Николаев М.Д. и др. Утилизация фторсодержащих отходов алюминиевого производства в цементной промышленности // Экология и промышленность Рос- сии. 2010. № 5. С. 4 – 6.

6. Кондратьев В.В., Немчинова Н.В., Иванов Н.А. и др. Новые технологические решения по переработке отходов кремниевого и алюминиевого производств // Металлург. 2013. № 5. С. 92 – 95.

7. Куликов Б.П., Николаев М.Д., Кузнецов А.А. и др. Получение клинкера с использованием минерализатора на основе фторсодержащих отходов // Цемент и его применение. 2010. № 2. С. 102 – 105.

8. Kuz’min M.P., Larionov L.M., Kondratiev V.V. etc. Use of the burnt rock of coal deposits slag heaps in the concrete products manufacturing // Construction and Building Materials. 2018. Vol. 179. Р. 117 – 124.

9. Nath S.K., Sanjay Kumar. Evaluation of the suitability of ground granulated silico-manganese slag in Portland slag cement // Construction and Building Materials. 2016. Vol. 125. P. 127 – 134.

10. Davoud Tavakoli, Amir Tarighat. Molecular dynamics study on the mechanical properties of Portland cement clinker phases // Computational Materials Science. 2016. Vol. 119. P. 65 – 73.

11. Brough D., Jouhara H. The aluminium industry: A review on stateof- the-art technologies, environmental impacts and possibilities for waste heat recovery // Int. Journal of Thermofluids. 2020. Vol. 1 – 2. Article 100007.

12. Назюта Л.Ю., Старовойт А.Г. Анализ сырьевой базы металлургического производства // Металлургия и коксохимия. 1979. Вып. 63. С. 19 – 22.

13. Демидов К.Н. Предварительный нагрев лома в конвертере кусковым углеродсодержащим топливом // Сталь. 1987. № 5. С. 27 – 30.

14. Agrawal A., Sahu K.K., Pandey B.D. Solid waste management in non-ferrous industries in India // Resources, Conservation and Recycling. 2004. Vol. 42. No. 2. P. 99 – 120.

15. Кузьмина М.Ю., Кузьмин П.Б. О производстве чушек первичных силуминов, модифицированных стронцием // Литейное производство. 2014. № 8. С. 2 – 5.

16. Анфилогова Л.А., Белоусова О.В., Кузьмина М.Ю., Богидаев С.А. Эффективные технологии при переработке редкоземельного сырья и материалов // Изв. вуз. Цветная металлургия. 2005. № 2. С. 17 – 21.

17. Fedorov S.N., Kurtenkov R.V., Vasiliev V.V. Stabilization TiO2 anatase by F-ion doping for solar panel producing // Journal of Physics: Conference Series. 2018. Vol. 1124. No. 4. Article 041026.

18. Kondratiev V.V., Rzhechitskiy E.P., Bogdanov Y.V. etc. Technology of the thermal extraction of fluorosols from spent refractory lining // Int. Journal of Applied Engineering Research. 2017. Vol. 12. No. 23. P. 13812 – 13819.

19. Gorlanov E.S., Bazhin V.Yu., Fedorov S.N. Carbide formation at a carbon-graphite lining cathode surface wettable with aluminum // Refractories and Industrial Ceramics. 2016. Vol. 57. No. 3. P. 292 – 296.

20. Florentino-Madiedo L., Díaz-Faes E., Barriocanal C. Reactivity of biomass containing briquettes for metallurgical coke production // Fuel Processing Technology. 2019. Vol. 193. P. 212 – 220.

21. Zenkov E.V., Tsvik L.B. The formation of differently directed test forces and experimental evaluation of material strength under biaxial stretching // PNRPU Mechanics Bulletin. 2018. No. 1–2. P. 71 – 76.

22. Jagmeet Singh, Singh S.P. Geopolymerization of solid waste of non-ferrous metallurgy – A review // Journal of Environmental Management. 2019. Vol. 251. Article 109571.

23. Zenkov E.V. Update of the equations of the limit state of the structural material with the realization of their deformation // Journal of Physics: Conference Series. 2017. Vol. 944. Article UNSP012128.

24. Zenkov E.V., Tsvik L.B. Increasing the reliability the combined criteria of the static strength of a material of complexly loaded deformable structures // Materials Physics and Mechanics. 2018. Vol. 40. No. 1. P. 124 – 132.

25. Diez M.A., Alvarez R., Cimadevilla J.L.G. Briquetting of carboncontaining wastes from steelmaking for metallurgical coke production // Fuel. 2013. Vol. 114. P. 216 – 223.