Юрий Андреев, Сергей Екимов, Алексей Синицын

    Предприятия металлургического комплекса сбрасывают значительное количество загрязненных вод. Это вызывает необходимость их очистки. В настоящее время наиболее эффективным является метод очистки сточных вод, основанный на применении коагулянта – оксихлорида алюминия. В развитых странах, включая Японию, Италию, Францию, производятся сотни тысяч тонн высокоэффективного коагулянта основного оксихлорида алюминия (ОХА) как в виде водных растворов, так и в твердой форме. Например, производством ОХА в Японии заняты 14 фирм, а годовой объем производства составляет около 350 тыс. т. Оксихлорид алюминия как эффективный коагулянт применяется при водоподготовке, для очистки сточных вод промышленных производств, при опреснении поверхностных и подземных вод.
    Оксихлорид алюминия имеет ряд преимуществ перед используемым в настоящее время в России сернокислым алюминием. Прежде всего ОХА эффективнее понижает мутность, образует более крупные хлопья, обеспечивает более высокую скорость хлопьеобразования, что позволяет существенно уменьшать размеры отстойников. Коагулирующая способность ОХА практически не зависит от температуры, поэтому отпадает необходимость при низких температурах введения вспомогательных средств (флокулянтов или активного кремнезема). Но самое главное – ОХА активнее устраняет тяжелые металлы, особенно из воды с повышенной мутностью, чем особенно "грешат" сточные воды горно-металлургических предприятий.
    При производстве оксихлорида алюминия используются различные виды алюминийсодержащего сырья, в том числе отходы (шлаки, шламы, хлориды алюминия, гидроокиси, гранулы, порошки). В России разработана технология производства оксихлорида алюминия, предусматривающая безотходную переработку солевых шлаков алюминиевого производства, отрицательно влияющих на окружающую среду. В зарубежной практике данный вид отходов перерабатывается только для извлечения алюминия крупной фракции более 3 – 4 %, что составляет от 15 до 35 % алюминия от исходного объема. Остальная часть шлаков, в том числе фракция менее 4 мм (в общем объеме до 80 %), направляется в отвалы или на полигоны захоронения, как это, например, осуществляется на одном из заводов в Орловской области.
    Разработанная российскими учеными технология учитывает многолетний отечественный и зарубежный опыт по безотходной переработке алюминиевого солевого шлака с полной утилизацией всех составляющих отвального продукта, включая солевую фазу, мелкодисперсную алюминиевую фазу, из которой при 100 %-ном извлечении алюминия синтезируется коагулянт – оксихлорид алюминия, оксидную фазу, которая успешно может использоваться в строительной промышленности при производстве цемента, бетона и др. Из образующихся абгазов можно получать аммиачную воду, широко используемую в сельском хозяйстве.
    Предлагаемая технология обеспечивает решение ряда экологических проблем. Во-первых, осуществляется полная утилизация алюминийсодержащих шлаков, опасность складирования и хранения которых очевидна (засоление почв подземных вод, выделение токсичных газов). Во-вторых, налаживается производство высокоэффективного коагулянта (оксихлорида алюминия), который в 5 – 6 раз эффективнее традиционного сернокислого алюминия. Производство и применение ОХА на предприятиях металлургического комплекса позволят осуществить очистку сточных промышленных и рудничных вод от тяжелых металлов и других ингредиентов до нормативного уровня. Оксихлорид алюминия помимо основного применения может широко использоваться при бурении скважин в нефтегазодобыче, дублении кожи, при получении огнеупорных волокон, тонкостенного фарфора, в изготовлении красок, парфюмерии. На оксихлорид алюминия Государственным комитетом санитарно-эпидемиологического контроля Российской Федерации выдан гигиенический сертификат. Технологическая схема переработки алюминиевых шлаков и производства оксихлорида алюминия приведена на схеме.
    При подготовке исходного сырья по предлагаемой технологии предусматривается тщательное удаление солевой фракции от алюминиево-оксидной части шлака, так как в коагулянте должно быть хлоридов не более 2 %. Это достигается многократной отмывкой шлака. Отмывка солевой составляющей от солей NaCl и KCl осуществляется в две стадии с доведением раствора до концентрации 2 – 9 г/л. Подготовленный после отмывки продукт направляется в реакторы синтеза оксихлорида алюминия, где осуществляется необходимая дозировка соляной кислотой. По завершении процесса раствор ОХА отстаивается и направляется на сушку.

    Образующийся твердый осадок (непрореагировавшая часть) в виде суспензии собирается. Этот отход может использоваться в дальнейшем при производстве цемента (в качестве минерализатора при обжиге).
    В целом режим работы включает в себя следующие процессы: отмывку шлака, получение раствора ОХА, сушку, фасовку, выпарку солей. Внешний вид и цвет оксихлорида алюминия – мелкодисперсный порошок белого и желтоватого цвета. Массовая доля основного вещества в пересчете на Al₂O₃ – 25 – 30 %; массовая доля нерастворимых веществ – не более 2,0 %; массовая доля натрия – не более 2,0 %.
    Побочными продуктами являются: газообразный водород и абгазы следующего состава: СН₄ – 9,38 % объемных, С₂Н₂ (ацетилен) – 5,75 %, Н₂ – 12,2 %, NH₃ – 0,006 %, N – 72,6 %.
    После сушки раствора ОХА дымовые газы проходят двухступенчатую очистку.
    Экономические расчеты показывают, что капитальные затраты на установку по производству ОХА мощностью 20 – 30 тыс. т в год (в виде растворов) составят 2,5 – 3,0 млн. долл. Рентабельность – 74 %. Другими словами, предлагаемая технология производства ОХА из шлаков алюминиевого производства является экономически и экологически эффективной.