cvmetИзвестия вузов. Цветная металлургияIzvestiya. Non-Ferrous Metallurgy0021-34382412-8783НИТУ МИСИС10.17073/0021-3438-2021-3-73-84cvmet-1265Research ArticleЭнерго- и ресурсосбережениеEnergy and Resource SavingОчистка глиноземсодержащих сметов методами сухой воздушной классификацииPurification of alumina-containing sweepings by dry air classification methodsБурдоновА. Е.BurdonovA. E.

Кандидат технических наук, доцент кафедры «Обогащение полезных ископаемых и охрана окружающей среды» им. С.Б. Леонова, ИРНИТУ.

664074, Иркутск, ул. Лермонтова, 83.

Cand. Sci. (Eng.), associate prof. of the Department of mineral processing and environmental protection of the Irkutsk National Research Technical University (INRTU).

664074, Irkutsk, Lermontov str., 83.

slimbul@inbox.ruБарахтенкоВ. В.BarakhtenkoV. V.

Кандидат технических наук, доцент кафедры «Обогащение полезных ископаемых и охрана окружающей среды» им. С.Б. Леонова, ИРНИТУ.

664074, Иркутск, ул. Лермонтова, 83.

Cand. Sci. (Eng.), associate prof. of the Department of mineral processing and environmental protection, INRTU.

664074, Irkutsk, Lermontov str., 83.

antivsyo@inbox.ruЗелинскаяЕ. В.ZelinskayaE. V.

Доктор технических наук, профессор кафедры «Обогащение полезных ископаемых и охрана окружающей среды» им. С.Б. Леонова, ИРНИТУ.

664074, Иркутск, ул. Лермонтова, 83.

Dr. Sci. (Eng.), prof. of the Department of mineral processing and environmental protection, INRTU.

664074, Irkutsk, Lermontov str., 83.

zelinskaelena@mail.ruГавриленкоЛ. В.GavrilenkoL. V.

Кандидат технических наук, менеджер ООО «РУСАЛ ИТЦ».

660067, Красноярск, ул. Пограничников, 37/1.

Cand. Sci. (Eng.), manager of the LLC «Engineering and Technology Center RUSAL».

660067, Krasnoyarsk, Pogranichnikov str., 37/1.

Lyudmila.Gavrilenko@rusal.comИркутский национальный исследовательский технический университет (ИРНИТУ)РоссияIrkutsk National Research Technical University (INRTU)Russian FederationООО «Объединенная компания «РУСАЛ Инженерно-технологический центр» (ООО «РУСАЛ ИТЦ»)РоссияLLC «Engineering and Technology Center RUSAL»Russian Federation202113062021037384Copyright © Бурдонов А.Е., Барахтенко В.В., Зелинская Е.В., Гавриленко Л.В., 20212021Бурдонов А.Е., Барахтенко В.В., Зелинская Е.В., Гавриленко Л.В.Burdonov A.E., Barakhtenko V.V., Zelinskaya E.V., Gavrilenko L.V.Данная работа распространяется под лицензией Creative Commons Attribution 4.0.This work is licensed under a Creative Commons Attribution 4.0 License.https://cvmet.misis.ru/jour/article/view/1265

Рассмотрены вопросы образования и переработки отходов на предприятиях алюминиевого производства. На основе анализа литературных источников и практических данных определены причины образования металлургических отходов на территории РФ. Проанализированы исследования, ведущиеся в научных организациях. Установлено, что для переработки отходов перспективен глиноземсодержащий смет, образующийся в процессе производства алюминиевого сырца на электролизерах с самообжигающимися анодами при различных технологических операциях. Глиноземсодержащий смет представляет собой отходы сложного переменного состава, сметаемые в цехах электролиза. Выявлено что глиноземсодержащий смет состоит из криолита (Na3AlF6), хиолита (Al3F14Na5), корунда (Al2O3), сидерита (FeCo3), пирита (FeS2), кварца (SiO2), полевого шпата ((Ca, Na)(Al, Si) AlSi2O8), углеродистого вещества и техногенной фазы состава (NaF)•1,5CaF2•AlF3. Интерес к их переработке состоит в том, что в них содержится значительное количество ценных компонентов (Na3AlF6, Al2O3, AlF3), извлечение которых и повторное использование в получении алюминия могут способствовать снижению себестоимости единицы продукции. Проблемой является наличие в смете компонентов (SiO2, Fe2O3), которые при попадании в электролит оказывают негативное влияние на процесс электролиза. Результаты изучения химического состава монофракций позволили сделать вывод, что исключение темной (серовато-черной) массы, в которой содержание примесей (SiO2, Fe2O3) максимально, позволит в значительной степени решить поставленную задачу исследования. На основании выдвинутой гипотезы представлены результаты проведения воздушной классификации смета фракций 0—10 и 0—5 мм в каскадно-гравитационном (КГ) и центробежном (КЦ) классификаторах. По результатам выполненных исследований рекомендуется применять в схеме обогащения глиноземсодержащего смета алюминиевого производства воздушную классификацию в КГ смета фракции 0—10 мм.

The article deals with the formation and processing of waste at aluminum production plants. Based on the analysis of literary sources and practical data, the reasons for the formation of metallurgical waste in the territory of the Russian Federation are established. The analysis of research conducted in scientific organizations is presented. It was found that one of the most promising for waste processing is alumina-containing sweepings formed during the production of liquid aluminum in Soderberg cells during various process operations. Alumina-containing sweepings are waste of complex variable composition swept away in electrolysis shops. It was found that alumina-containing sweepings consist of cryolite (Na3AlF6), chiolite (Al3F14Na5), corundum (Al2O3), siderite (FeCo3), pyrite (FeS2), quartz (SiO2), feldspar ((Ca, Na)(Al, Si) AlSi2O8), carbonaceous matter and (NaF)•1,5CaF2•AlF5 technogenic phase. Their processing is of interest due to the fact that they contain a significant amount of valuable components (Na3AlF6, Al2O3, AlF3) that can be extracted and reused in aluminum production to reduce the cost per unit. The problem is that sweepings contain components (SiO2, Fe2O3), which have a negative effect on the electrolysis process when in contact with electrolyte. The data obtained when studying the chemical composition of monofractions made it possible to conclude that the exclusion of the dark (grayish-black mass) with the maximum content of impurities (SiO2, Fe2O3) will substantially solve the stated problem of the study. Based on the hypothesis put forward, the paper presents the results of 0—10 mm and 0—5 mm sweepings air classification in cascade-gravity and centrifugal classifiers. Based on the studies conducted, we recommend using 0—10 mm sweepings air classification in the cascade gravity classifier in the processing flow of alumina-containing sweepings of aluminum production.

производство алюминиятехногенное сырьеглиноземсодержащий сметхимический составпримесиочисткаминералогические исследованияэлектролизвоздушная классификацияaluminum productiontechnogenic raw materialsalumina-containing sweepingschemical compositionimpuritiespurificationmineralogical researchelectrolysisair classificationРабота выполнена при поддержке гранта Президента Российской Федерации № МК-1739.2020.5.The research was supported by Grant № МК 1739.2020.5 of the President of the Russian Federation.ReferencesBarcelos D.A., Pontes F.V.M., Da Silva F.A.N.G., Castro D.C., Dos Anjos N.O.A., Castilhos Z.C. Gold mining tailing: Environmental availability of metals and human health risk assessment. J. Hazard. Mater. 2020. Vol. 397. Art. 122721. https://doi.org/10.1016/j.jhazmat.2020.122721.Barcelos D.A., Pontes F.V.M., Da Silva F.A.N.G., Castro D.C., Dos Anjos N.O.A., Castilhos Z.C. Gold mining tailing: Environmental availability of metals and human health risk assessment. J. Hazard. Mater. 2020. Vol. 397. Art. 122721. https://doi.org/10.1016/j.jhazmat.2020.122721.Ling Q., Dong F., Yang G., Han Y., Nie X., Zhang W., Zong M. Spatial distribution and environmental risk assessment of heavy metals identified in soil of a decommissioned uranium mining area. Hum. Ecolog. Risk Assess. 2020. Vol. 26. No. 5. P. 1149—1163. https://doi.org/10.1080/10807039.2019.1630601.Ling Q., Dong F., Yang G., Han Y., Nie X., Zhang W., Zong M. Spatial distribution and environmental risk assessment of heavy metals identified in soil of a decommissioned uranium mining area. Hum. Ecolog. Risk Assess. 2020. Vol. 26. No. 5. P. 1149—1163. https://doi.org/10.1080/10807039.2019.1630601.Huan S., Wang Y., Peng J., Di Y., Li B., Zhang L. Recovery of aluminum from waste aluminum alloy by low-temperature molten salt electrolysis. Miner. Eng. 2020. Vol. 154. Art. 154.106386. https://doi.org/10.1016/j.mineng.2020.106386.Huan S., Wang Y., Peng J., Di Y., Li B., Zhang L. Recovery of aluminum from waste aluminum alloy by low-temperature molten salt electrolysis. Miner. Eng. 2020. Vol. 154. Art. 154.106386. https://doi.org/10.1016/j.mineng.2020.106386.Samara F., Attia N., Khamis M., Ali M.H., Alam I. Is acid treatment of secondary aluminum waste products prior to storage and disposal a viable option? Environ. Nanotech-nol. Monitor. Manag. 2020. Vol. 14. Art. 100322 https://doi.org/10.1016/j.enmm.2020.100322.Samara F., Attia N., Khamis M., Ali M.H., Alam I. Is acid treatment of secondary aluminum waste products prior to storage and disposal a viable option? Environ. Nanotech-nol. Monitor. Manag. 2020. Vol. 14. Art. 100322 https://doi.org/10.1016/j.enmm.2020.100322.Alzubaidi R. Recycling of aluminum byproduct waste in concrete production. Jordan J. Civ. Eng. Irbid: Jordan Univ Sci. Technol., 2017. Vol. 11. No. 1. P. 15—29.Alzubaidi R. Recycling of aluminum byproduct waste in concrete production. Jordan J. Civ. Eng. Irbid: Jordan Univ Sci. Technol., 2017. Vol. 11. No. 1. P. 15—29.Bazhirov N.S., Dauletiyarov M.S., Bazhirov T.S., Serikbayev B.E., Bazhirova K.N. Research of waste of aluminum production as the raw components in technology of composite cementing materials. News Nat. Acad. Sci. Rep. Kazakh. Ser. Geol. Techn. Sci. 2018. Vol. 1. No. 427. P. 93—98.Bazhirov N.S., Dauletiyarov M.S., Bazhirov T.S., Serikbayev B.E., Bazhirova K.N. Research of waste of aluminum production as the raw components in technology of composite cementing materials. News Nat. Acad. Sci. Rep. Kazakh. Ser. Geol. Techn. Sci. 2018. Vol. 1. No. 427. P. 93—98.Mandal A.K., Verma H.R., Sinha O.P. Utilization of aluminum plant's waste for production of insulation bricks. J. Clean. Product. 2017. Vol. 162. P. 949—957. https://doi.org/10.1016/j.jclepro.2017.06.080.Mandal A.K., Verma H.R., Sinha O.P. Utilization of aluminum plant's waste for production of insulation bricks. J. Clean. Product. 2017. Vol. 162. P. 949—957. https://doi.org/10.1016/j.jclepro.2017.06.080.Xu S., Yang X.-H., Tang S.-S., Liu J. Liquid metal activated hydrogen production from waste aluminum for power supply and its life cycle assessment. Int. J. Hydrogen Energy. 2019. Vol. 44. No. 33. P. 17505—17514. https://doi.org/10.1016/j.ijhydene.2019.05.176.Xu S., Yang X.-H., Tang S.-S., Liu J. Liquid metal activated hydrogen production from waste aluminum for power supply and its life cycle assessment. Int. J. Hydrogen Energy. 2019. Vol. 44. No. 33. P. 17505—17514. https://doi.org/10.1016/j.ijhydene.2019.05.176.Guo Y., Yu Y., Ren H., Xu L. Scenario-based DEA assessment of energy-saving technological combinations in aluminum industry. J. Clean. Product. 2020. Vol. 260. Art. 260.121010. https://doi.org/10.1016/j.jclepro.2020.121010.Guo Y., Yu Y., Ren H., Xu L. Scenario-based DEA assessment of energy-saving technological combinations in aluminum industry. J. Clean. Product. 2020. Vol. 260. Art. 260.121010. https://doi.org/10.1016/j.jclepro.2020.121010.Burdonov A.E., Zelinskaya E.V. Complex technology development for processing secondary raw materials of aluminum production for use in the electrolysis process. In: Proc. 29-th Intern. Mineral Processing Congress IMPC-2018 (Moscow, Russia, 17—21 Sept. 2018). Canada: Canad. Institute of Mining, Metallurgy and Petroleum, 2019. P. 3028—3035.Burdonov A.E., Zelinskaya E.V. Complex technology development for processing secondary raw materials of aluminum production for use in the electrolysis process. In: Proc. 29-th Intern. Mineral Processing Congress IMPC-2018 (Moscow, Russia, 17—21 Sept. 2018). Canada: Canad. Institute of Mining, Metallurgy and Petroleum, 2019. P. 3028—3035.Lu T.-T., Li R.-B., Zhao H.-L., Xie M.-Z., Liu F.-Q. Numerical simulation of electro-thermal coupling process for spent cathode carbon block from aluminum electrolysis cell. Gongcheng Kexue Xuebao (Chin. J. Eng.). 2020. Vol. 42. No. 6. P. 731—738. https://doi.org/10.13374/j.issn2095-9389.2019.06.10.002.Lu T.-T., Li R.-B., Zhao H.-L., Xie M.-Z., Liu F.-Q. Numerical simulation of electro-thermal coupling process for spent cathode carbon block from aluminum electrolysis cell. Gongcheng Kexue Xuebao (Chin. J. Eng.). 2020. Vol. 42. No. 6. P. 731—738. https://doi.org/10.13374/j.issn2095-9389.2019.06.10.002.Ржечицкий Э.П., Кондратьев В.В., Карлина А.И., Шахрай С.Г. Получение фтористого алюминия из отходов алюминиевого производства. Цвет. металлы. 2016. No. 4 (880). С. 23—26. https://doi.org/10.17580/tsm.2016.04.04.Rzhechitskiy E.P., Kondratev V.V., Karlina A.I., Shakhray S.G. Aluminium fluoride obtaining from aluminium production wastes. Tsvetnye Metally. 2016. No. 4. P. 23—26 (In Russ.).Castelli A.F., Elsido C., Scaccabarozzi R., Nord L.O., Martel-li E. Optimization of organic rankine cycles for waste heat recovery from aluminum production plants. Front. Energy Res. 2019. Vol. 7. June. Art. 44. https://doi.org/10.3389/fenrg.2019.00044.Castelli A.F., Elsido C., Scaccabarozzi R., Nord L.O., Martel-li E. Optimization of organic rankine cycles for waste heat recovery from aluminum production plants. Front. Energy Res. 2019. Vol. 7. June. Art. 44. https://doi.org/10.3389/fenrg.2019.00044.Tang Y., Li Y., Shi Y., Wang Q., Yuan X., Zuo J. Environmental and economic impacts assessment of prebaked anode production process: A case study in Shandong Province, China. J. Clean. Product. 2018. Vol. 196. P. 1657—1668. https://doi.org/10.1016/j.jclepro.2018.06.121.Tang Y., Li Y., Shi Y., Wang Q., Yuan X., Zuo J. Environmental and economic impacts assessment of prebaked anode production process: A case study in Shandong Province, China. J. Clean. Product. 2018. Vol. 196. P. 1657—1668. https://doi.org/10.1016/j.jclepro.2018.06.121.Gao S., Xue J., Lang G., Liu R., Bao C., Wang Z., Zhang F. Experimental study on preparation of prebake anodes with high sulfur petroleum coke desulfurized at high temperatures. Miner. Met. Mater. Ser. 2019. P. 1301—1309. https://doi.org/10.1007/978-3-030-05864-7_160.Gao S., Xue J., Lang G., Liu R., Bao C., Wang Z., Zhang F. Experimental study on preparation of prebake anodes with high sulfur petroleum coke desulfurized at high temperatures. Miner. Met. Mater. Ser. 2019. P. 1301—1309. https://doi.org/10.1007/978-3-030-05864-7_160.Бурдонов А.Е., Зелинская Е.В., Гавриленко Л.В., Гавриленко А.А. Изучение вещественного состава глинозем-содержащего материала алюминиевых электролизеров для использования в технологии первичного алюминия. Цвет. металлы. 2018. No. 3. С. 32—38. https://doi.org/10.17580/tsm.2018.03.05.Burdonov A.E., Zelinskaya E.V., Gavrilenko L.V., Gavrilenko A.A. Investigation of substantial composition of alumina-bearing material of aluminium electrolysers for usage in primary aluminium technology. Tsvetnye Me-tally. 2018. No. 3. P. 32—38 (In Russ.).Васюнина Н.В., Дубова И.В., Белоусов С.В., Шарыпов Н.А. Рециклинг сметок электролизного производства алюминия. Обогащение руд. 2019. No. 2. С. 39— 44. https://doi.org/10.17580/or.2019.02.07.Vasyunina N.V., Dubova I.V., Belousov S.V., Sharypov N.A. Recycling of electrolytic aluminum production sweepings. Obogashchenie Rud. 2019. No. 2. P. 39—44 (In Russ.).Dou Y.-H., Liu Y., Liu Y.-B., Xia Q.-B. Effect of Si content on friction-wear properties of high-silicon aluminum alloys fabricated by mechanical alloying and hot pressing. Fenmo Yejin Cailiao Kexue yu Gongcheng (Mater. Sci. Eng. Powder Metall.). 2013. Vol. 18. No. 5. P. 669— 674.Dou Y.-H., Liu Y., Liu Y.-B., Xia Q.-B. Effect of Si content on friction-wear properties of high-silicon aluminum alloys fabricated by mechanical alloying and hot pressing. Fenmo Yejin Cailiao Kexue yu Gongcheng (Mater. Sci. Eng. Powder Metall.). 2013. Vol. 18. No. 5. P. 669— 674.Mehdi H. Effect of silicon content on the mechanical properties of aluminum alloy. Int. Res. J. Eng. Technol. 2015. Vol. 2. P. 1326—1330.Mehdi H. Effect of silicon content on the mechanical properties of aluminum alloy. Int. Res. J. Eng. Technol. 2015. Vol. 2. P. 1326—1330.Zhang L., Gao J., Damoah L.N.W. Removal of iron from aluminum: A review. Miner. Process. Extract. Metall. Rev. 2012. Vol. 33. No. 2. P. 99—157. https://doi.org/10.1080/08827508.2010.542211.Zhang L., Gao J., Damoah L.N.W. Removal of iron from aluminum: A review. Miner. Process. Extract. Metall. Rev. 2012. Vol. 33. No. 2. P. 99—157. https://doi.org/10.1080/08827508.2010.542211.

The authors declare that there are no conflicts of interest present.