Сибирский федеральный университет, Красноярск, Россия

Н. В. Васюнина, доцент кафедры металлургии цветных металлов, канд. техн. наук, эл. почта: nvvasyunina@yandex.ru
Б. П. Куликов, ведущий научный сотрудник, докт. хим. наук, эл. почта: kulikov-boris@yandex.ru
И. В. Дубова, доцент кафедры фундаментального естественнонаучного образования, доцент, канд. техн. наук, эл. почта: idubova@mail.ru
А. С. Самойло, инженер-исследователь, эл. почта: x_lab@rambler.ru

Рассмотрен выбор технологии получения флюсовой добавки из фторсодержащих отходов. Проведен анализ
использования природного и искусственного флюорита во флюсовых продуктах при производстве чугуна и стали. Показано, что имеющийся дефицит плавикового шпата можно восполнить использованием фторсодержащих отходов алюминиевого производства. Приведено обоснование выбора технологии каустификации мелкодисперсных фторуглеродсодержащих отходов с целью получения продукта, содержащего синтетический флюорит и графитированный углерод. На основе анализа фазового и элементного состава выбран фторсодержащий сырьевой источник для каустификации — угольная пена. Описан механизм и приведено термодинамическое моделирование процессов, протекающих в системе при каустификации угольной пены. Описана методика каустификации. Фазовый и элементный состав исходного сырья и высушенного продукта определен с использованием методов рентгенофазового и рентгеноспектрального анализа, состав жидкой фазы — с применением химических титриметрических методов. В результате лабораторных экспериментов по каустификации угольной пены оценены кинетические ограничения процесса каустификации, на основе которых установлены оптимальные режимные параметры процесса. Показана возможность получения флюсовой добавки для выплавки стали каустификацией фторуглеродсодержащих отходов. Получен продукт каустификации, который содержит 60–65 % CaF₂ и 10–12 % глинозема и может быть перспективной флюсовой добавкой для производства чугуна и стали. Графитированный углерод в составе флюса является выгорающей добавкой, уменьшающей энергозатраты на процесс. Полученный по безотходной технологии раствор каустической щелочи с концентрацией 15–20 г/дм₃ NaOH можно использовать в качестве газоочистного раствора на стадии «мокрой» очистки отходящих газов, например от остатков фтористого водорода и соединений серы.
Работа А. С. Самойло выполнена в рамках ГЗ-24.

Исследования выполнены с использованием оборудования Центра коллективного пользования «Наукоемкие методы исследования и анализа новых материалов, наноматериалов и минерального сырья» ФГАОУ ВО «Сибирский федеральный университет».
Работа выполнена в рамках государственного задания на научные исследования ФГАОУ ВО «Сибирский федеральный университет», номер проекта FSRZ-2023-0009.

1. Kamaraj A., Meshram R. B. A comparative study on environmental impact analysis of synthetic and ESR flux used for refining of steel // Procedia CIRP. 2021. Vol. 98. P. 448–451.
2. Kocadağistan M. E., Ayşen M. Z., Çardakli İ. S. Usage of boroxide and ulexite ores in ferromanganese production // Niğde Ömer Halisdemir Üniversitesi Mühendislik Bilimleri Dergisi. 2024. Vol. 13, Iss. 1. P. 74–83.
3. Kuz’min M. P., Kuz’mina M. Yu., Jia Q. Ran., Kuz’mina A. S., Burdonov A. E. The use of carbon-containing wastes of aluminum production in ferrous metallurgy // Izvestiya. Ferrous Metallurgy. 2020. Vol. 63. № 10. P. 836–841. DOI: 10.17073/0368-0797-2020-10-836-841
4. Marchesi F. M. et al. Influence of fluorspar replacement in desulfurizing mixtures and variation of process parameters on the hot metal desulfurization efficiency // REM-International Engineering Journal. 2023. Vol. 76. P. 335–343.
5. Пат. 2737837 C1 РФ, МПК C22B 1/24, C21C 7/04, C21C 7/076. Шлакообразующая смесь для рафинирования стали и брикет из шлакообразующей смеси / Зарочинцев А. В. ; заявл. 03.06.2020 ; опубл. 03.12.2020.
6. Lei Liu, Xiuli Han, Di Zhang, Mingduo Li et al. Effects of mineral raw materials on melting and crystalline properties of mold flux and mineralogical structures of flux film for casting peritectic steel slab // ISIJ International. 2023. Vol. 63, Iss. 10. P. 1697–1705. DOI: 10.2355/isijinternational.ISIJINT-2022-548
7. Туманов В. В., Островский С. В., Старостин А. Г. Сырьевая база фтора в России и других странах // Вестник ПНИПУ. 2015. № 4. С. 124–136.
8. Yang Y., Wang W., Zhou L., Zhong X. et al. Melting and crystallization behaviors of mold flux with the addition of waste electrolyte // Steel Research Int. 2023. 2300211. DOI: 10.1002/srin.202300211
9. Куликов Б. П., Истомин С. П. Переработка отходов алюминиевого производства. — Красноярск : ООО «Классик центр», 2004. — 480 с.
10. Nemchinova N. V., Yakushevich P. А., Yakovleva A. А., Gavrilenko L. V. Experiment for use of Bratsk aluminium plant technogenic waste as a reducing agent during cast iron smelting // Metallurgist. 2018. Vol. 62, Iss. 1-2. P. 150–155. DOI: 10.1007/s11015-018-0637-7
11. Sidorina E. A., Isagulov A. Z., Kashcheev I. D., Zemlyanoy K. G. Study of aluminosilicate refractories after operation in the presence of fluorinecontaining wastes // CIS Iron and Steel Review. 2022. Vol. 23. P. 98–104.
12. Ларионов Л. М., Кондратьев В. В., Кузьмин М. П. Пути использования углеродсодержащих отходов алюминиевого производства // Вестник ИрГТУ. 2017. Т. 21. № 4. С. 139–146.
13. Patrin R. K., Bazhin V. Yu. Spent linings from aluminum cells as a raw material for the metallurgical, chemical, and construction industries // Metallurgist. 2014. Vol. 58, Iss. 7-8. P. 625–629. DOI: 10.1007/s11015-014-9967-2
14. Mann V., Pingin V., Zherdev A., Bogdanov Y. et al. Recycling process technology for spent pot lining generated by aluminium cells // Light metals. 2017. P. 571–578. DOI: 10.1007/978-3-319-51541-0_71
15. Agrawal A., Kumar C., Meshram A. Recovery of carbon rich material: Recycling of spent pot lining: A review // Materials Today: Proceedings. 2021. Vol. 46. P. 1526–1531. DOI: 10.1016/j.matpr.2021.01.143
16. Chen Y., Li P., Bu X., Chelgani S. C. et al. Resource utilization strategies for spent pot lining: A review of the current state // Separation and Purification Technology. 2022. Vol. 300, Iss. 3. 121816. DOI: 10.1016/j.seppur.2022.121816
17. Tribushevskiy L. V., Rumyantseva G. A., Nemenenok B. M. Effective materials from recycled aluminum waste for steel ladle treatment // IOP Conference Series: Materials Science and Engineering. IOP Publishing. 2020. Vol. 718, Iss. 1. 012019. DOI: 10.1088/1757-899X/718/1/012019
18. Пат. 2532713 C1 РФ. Способ получения металлического железа / Гринберг И. С., Гринберг А. И. ; заявл. 26.03.2013 ; опубл. 10.11.2014.
19. ГОСТ 29220–91. Концентраты плавикошпатовые металлургические. Технические условия. — Введ. 01.01.1993.
20. Пат. 2419661 С22В7 РФ. Способ переработки отходов алюминиевого производства (хвостов флотации угольной пены и шлама газоочистки) / Ножко С. И., Гавриленко Л. В., Баранов А. Н., Каменский А. О. ; заявл. 23.03.2010 ; опубл. 27.05.2011.
21. Пат. 2624570 C РФ. Способ переработки натрий-фтор-углеро дсодержащих отходов электролитического производства алюминия / Куликов Б. П. ; заявл. 23.08.2016 ; опубл. 04.07.2017.
22. ГОСТ 31957–2012. Вода. Методы определения щелочности и массовой концентрации карбонатов и гидрокарбонатов. — Введ. 01.01.2014.
23. Yakimov S., Dubinin P. S., Zaloga A. N., Piksina O. E., Yakimov Ya. I. Regularization of methods of a standardless X-ray phase analysis // Journal of Structural Chemistry. 2011. Vol. 52. P. 319–325. DOI: 10.1134/S0022476611020119
24. Blanton Th. et al. The powder diffraction file: a quality materials charcterization database // Powder Diffraction. 2019. Vol. 34, Iss. 4. P. 352–360. DOI: 10.1017/S0885715619000812
25. Mas Herrador A. Thermodynamic and experimental study of the fluoride recovery from Spent Pot Lining recycling process by precipitation of calcium fluoride. — Universitat Politècnica de Catalunya, 2020.
26. Бегунов А. И., Анциферов Е. А., Кондратьев В. В., Помазкина О. И., Бочарова М. А. Растворимость фторидов натрия и кальция в воднощелочных растворителях // Известия вузов. Прикладная химия и биотехнология. 2013. № 1 (4). С. 101–105.
27. Пат. 2497958 РФ. Способ получения брикетов из фторуглеродсодержащих отходов / Филиппов С. В., Баранов А. Н., Волянский В. В., Гавриленко Л. В., Аникин В. В. ; заявл. 26.04.2012 ; опубл. 10.11.2013, Бюл. № 31.