Исследование отходов катодной футеровки алюминиевого электролизера и разработка способов их утилизации.

СОДЕРЖАНИЕ 2
ВВЕДЕНИЕ 2
1 Литературный обзор 2
1.1 Обзор способов производства первичного алюминия 2
1.2 Отходы производства первичного алюминия 2
1.3 Катодная футеровка электролизера производства алюминия. 2
1.4 Процессы изменения состава огнеупорной части футеровки при эксплуатации электролизеров производства алюминия 2
1.5 Способы и методы переработки и утилизации отработанной футеровки электролизеров 2
1.5.1 Переработка углеродсодержащей части отработанной футеровки 2
1.5.2 Переработка огнеупорной части отработанной футеровки 2
2 Методическая часть 2
2.1 Подготовка и исследование сырьевых материалов 2
2.2 Методики и методы проведения исследований 2
2.3 Метод определения насыпной плотности 2
2.4 Методика определения криолитоустойчивости футеровочных материалов 2
2.5 Рентгенофазовый анализ 2
2.6 Исследование микроструктуры материалов 2
2.7 Метод определения реакционной способности в диоксиде углерода 2
3. Экспериментальная часть 2
3.1 Характеристики исходных материалов 2
3.2 Испытания на криолитоустойчивость 2
3.3 Исследования комбинированной смеси 2
3.4 Определение реакционной способности в диоксиде углерода 2
ЗАКЛЮЧЕНИЕ 2
4 Охрана труда и окружающей среды 2
4.1 Анализ условий проведения эксперимента в отношении возможных опасных и вредных факторов 2
4.2 Физико-химическая и токсикологическая характеристика применяемых и образующихся при исследовании веществ, и материалов 2
4.3 Характеристика помещения для проведения работ 2
4.3.1 Микроклимат 2
4.3.2 Освещенность 2
4.3.3 Степень огнестойкости 2
4.4 Мероприятия по защите от выявленных опасностей 2
4.5 Характеристика производственного освещения 2
4.6 Охрана окружающей среды 2
5 Экономическая часть 2
5.1 Этапы проведения эксперимента 2
5.2 Смета затрат на проведение исследований 2
5.3 Определение экономического эффекта от внедрения результатов исследования 2
СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННЫХ ИСТОЧНИКОВ 2

Весь текст будет доступен после покупки

Алюминиевая промышленность является стратегически важной отраслью экономики. В нашей стране действуют 9 алюминиевых заводов по производству первичного алюминия, входящие в ОК РУСАЛ.
Наибольшая производительность у Братского и Красноярского алюминиевых заводов – более 1 млн т в год. Отличительной особенностью российской алюминиевой промышленности при получении первичного металла является преобладание устаревшей технологии Содерберга, основанной на использовании самообжигающихся анодов (СА).
Одним из главных недостатков электролизеров с СА является образование более значительных объемов газообразных и твердых отходов, содержащих вредные вещества и оказывающих негативное влияние на окружающую среду при их складировании на шламовых полях. Алюминиевые заводы зарубежных стран практически все оснащены электролизерами с предварительно обожженными анодами (ОА), позволяющие достичь более высоких технологических показателей (меньший расход электроэнергии, возможность повышения единичной мощности, стабильность процесса электролиза и др.); также при этом обеспечиваются лучшие показатели по экологической безопасности производства.

Весь текст будет доступен после покупки

1.1 Обзор способов производства первичного алюминия

Алюминиевая промышленность является наиболее крупной отраслью цветной металлургии. Как известно, основным промышленным способом производства алюминия является электролиз криолит-глиноземных расплавов (способ Эру-Холла). Несмотря на долгий срок применения данной технологии, она имеет ряд недостатков: низкий энергетический КПД (от 40 до 50%); значительный расход электроэнергии (от 13 до 17 кВт·ч/кгAl); высокие материальные и трудовые затраты; загрязнение окружающей среды [1]. Для улучшения основных показателей данного способа учеными предлагаются различные модификации конструкций электролизеров [4-6], использование инертных анодов [7–9] и различных составов электролита [10,11]. Кроме того, предложено немало альтернативных способов производства алюминия [12–20].
Из альтернативных способов производства алюминия известны способы карботермического восстановления алюминия из его оксида [12–14]. В печи карботермического восстановления, применяемой для получения алюминия, используют перегородку, которая разделяет низкотемпературную реакционную зону, где происходит взаимодействие оксида алюминия с углеродом с образованием карбида алюминия, и высокотемпературную реакционную зону, где карбид алюминия взаимодействует с оставшимся оксидом алюминия с образованием алюминия и диоксида углерода. Основными недостатками карботермического процесса восстановления алюминия являются трудности эффективного регулирования и поддержания высокой рабочей температуры, малый выбор материалов, стойких к воздействию жидкого оксикарбидного расплава и газов при температуре до 2100°C, и невозможность обеспечения чистоты металла из-за примесей в углеродном восстановителе.
В 1975 году в США был разработан хлоридный способ производства алюминия [15], согласно которому в качестве сырья используется AlCl3, растворенный в расплавленных хлоридах щелочных металлов. Проведение процесса возможно при низких температурах электролиза (~700°C). Преимуществами данного способа являются высокие плотности тока (в расплаве присутствует только один вид анионов, способных окисляться на аноде), отсутствие окисления хлором углеродных анодов, что делает их не расходуемыми, низкий удельный расход электроэнергии (9 кВт·ч/кг Al без учета расхода энергии на процесс хлорирования). К недостаткам способа относят необходимость производства и транспортировки чистого безводного AlCl3, очистка хлора, выделяемого при электролизе, от паров электролита и возврат уловленных хлоридов в электролизер.
В Норвегии была разработана технология получения алюминия из его сульфида [16]. Безводный высокочистый сульфид алюминия получают из глинозема, далее электролитическим способом разлагают на алюминий и серу в многополярной ванне. Заявленный выход по току – 90%, а удельный расход электроэнергии – 5,24 кВт·ч/кг Al. Главным недостатком данной технологии является необходимость в производстве и создании отдельного технологического передела для получения очень чистого Al2S3, что делает технологию нереализуемой в промышленном масштабе.
В России был предложен способ извлечения металлов из металлосодержащих катализаторов на основе оксидов алюминия или кремния в плазменных печах [17], включающий переработку путем плавления катализаторов в смеси с известковыми флюсами и глиноземом с использованием плазменно-дугового нагрева при температуре 1600-1650°C подачей углеродсодержащего восстановите-ля и железа с последующей продувкой полученного расплава нейтральным газом. Недостатком данного способа является разрушение электродов при высоких температурах электродуговой плавки. Взаимодействие угольной пыли и осколков с жидким металлом ведет к возникновению обратных термических реакций с образованием карбидов. Процесс энергоемкий и экономически невыгодный, требует применения дорогостоящих огнеупорных материалов для футеровки. Для извлечения металла требуется полный слив расплава из печи и временная остановка процесса. В патенте [18] предложен способ производства алюминия, включающий плавление непрерывно поступающего глинозема в расплаве жидкого электрокорунда при плазменно-дуговом нагреве в реакторе под вакуумом с последующим осаждением первичного алюминия и его рафинированием. При этом обеспечивается упрощение способа получения алюминия и снижение материальных и энергетических затрат на его производство при высоких технико-экономических показателях процесса и экологичности.

Весь текст будет доступен после покупки

1. Костюков, А.А. Справочник металлурга по цветным металлам. Производство алюминия /А.А. Костюков, И.Г. Киль, В.П. Никифоров, Г.Е. Вольфсон, М.Б. Рапопорт, А.М. Цыплаков, И.П. Гупало, В.И. Штерн. – М.: Металлургия, 1971. – 560 с.
2. Абрамов, Г.А. Теоретические основы электрометаллургии алюминия / Г.А. Абрамов, М.M. Ветюков, А.А. Костюков, Л.Н. Ложкин. – M.: Металлург издат, 1953. – 583 с.
3. Grjotheim, K. Introduction to Aluminium Electrolysis. / K.Grjotheim, H.Kvande. – Dusseldorf: Aluminium Verlag, 1993. – 260 p.
4. Naixiang, F. Application of energy saving technology for aluminum reduction with novel structure cathodes / F. Naixiang, P. Jianping, W. Yaowu, D. Yuezhong, G. Xiaofeng // Aluminium of Siberia. – 2013. – Р.536–539.
5. Пат. 2449059, Российская Федерация, МПК С25С3/08. Электролизер для производства алюминия / В.А. Крюковский, М.П. Петухов, П.В. Поляков; Заявитель и патентообладатель: Общество с ограниченной ответственностью "Легкие металлы". – № 2010130643/02; заявл. 21.07.2010, опубл. 27.04.2012.
6. Бажин, В.Ю. Концепция энергоэффективного производства алюминия «Электролиз 600+» / В.Ю. Бажин, А.Д. Смольников, П.А. Петров // Международный научно-исследовательский журнал. – 2016. – № 5 (47). Ч. 3. – С. 37–40.
7. Welch, B.J. Inert anodes – the status of the materials science, the opportunities they present and the challenges that need resolving before commercial implementation / B.J. Welch // Light Metals. – 2009. – Р.971–978.
8. United States Patent 6126799А, Int.Cl. C25С3/12. Inert electrode containing metal oxides, copper and noble metal / S.P. Ray, R.W. Woods, R.K. Dawless, R.B. Hosler. Original Assignee: Alcoa Inc. - Fited: 01.02.1999, Publ: 03.10.2000.
9. United States Patent 3960678А, Int.Cl. C25С3/12. Electrolysis of a molten charge using incomsumable electrodes / H. Alder Original Assignee: Swiss Aluminium Ltd. – Fited: 15.05.1974, Publ: 01.07.1976. 127

Весь текст будет доступен после покупки