Научная статья на тему 'Анализ способов утилизации отработанной футеровки электролизеров производства алюминия'

Анализ способов утилизации отработанной футеровки электролизеров производства алюминия Текст научной статьи по специальности «Промышленные биотехнологии»

CC BY
261
46
i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.
Ключевые слова
ЭЛЕКТРОЛИЗЕР / ОБОЖЖЕННЫЕ АНОДЫ / ОТХОДЫ / ИСПОЛЬЗОВАНИЕ / ПРИМЕНЕНИЕ / КүЙДіРіЛГЕН АНОДТАР / қАЛДЫқТАР / қОЛДАНУ / ПАЙДАЛАНУ / ELECTROLYSIS BATH / BAKED ANODES / WASTES / USE / APPLICATION

Аннотация научной статьи по промышленным биотехнологиям, автор научной работы — Касен Казбек Касенулы, Жунусов Абылай Каиртасович, Жунусова Айгуль Кайргельдиновна

В данной статье приводятся результаты литературного обзора по изучению проблемы переработки отработанных футеровок электролизеров. При современном состоянии технологии производства алюминия необходима технология переработки отработанной футеровки электролизера, внедрение которой не потребует больших инвестиций и улучшит экологические показатели промышленной деятельности электролизного завода на территории Павлодарской области.

i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.

Похожие темы научных работ по промышленным биотехнологиям , автор научной работы — Касен Казбек Касенулы, Жунусов Абылай Каиртасович, Жунусова Айгуль Кайргельдиновна

iНе можете найти то, что вам нужно? Попробуйте сервис подбора литературы.
i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.

ANALYSIS OF THE UTILIZATION METHODS OF THE WASTE LINING OF ELECTROLYZERS OF ALUMINUM MANUFACTURE

This article presents the results of the literature review on research of the problem of recycling spent liners of electrolyzers. With the current state of aluminum production technology, the technology of recycling the spent lining of the electrolyzeris needed, the introduction of which does not require large investments and will improve the environmental performance of the electrolysis plant in Pavlodar region.

Текст научной работы на тему «Анализ способов утилизации отработанной футеровки электролизеров производства алюминия»

ГРНТИ 53.01.91

/(а сен Цазбек Цасенулы

магистрант, кафедра «Металлургия», Факультет металлургии, машиностроения и транспорта. Павлодарский государственный университет имени С. Торайгырова. г. Павлодар. 140008, Республика Казахстан, e-mail: kezz@bk.ru; Жунусов Абылай Каиртасович

к.т.н., ассоц. профессор (доцент), кафедра «Металлургия», Факультет металлургии, машиностроения и транспорта. Павлодарский государственный университет имени С. Торайгырова, г. Павлодар, 140008. Республика Казахстан, e-mail: zhunusov_ab@mail.ru; Жуну сова Айгуль Кайргельдиновна

ст. преподаватель, кафедра «Металлургия», Факультет металлургии, машиностроения и транспорта. Павлодарский государственный университет имени С. Торайгырова, г. Павлодар. 140008, Республика Казахстан, e-mail: zhunusova.aig@mail.ru

АНАЛИЗ СПОСОБОВ УТИЛИЗАЦИИ ОТРАБОТАННОЙ ФУТЕРОВКИ ЭЛЕКТРОЛИЗЕРОВ ПРОИЗВОДСТВА АЛЮМИНИЯ

В данной статье приводятся результаты литературного обзора по изучению проблемы переработки отработанных футеровок электролизеров. При современном состоянии технологии производства алюминия необходима технология переработки отработанной футеровки электролизера. внедрение которой не потребует больших инвестиций и улучшит экологические показатели промышленной деятельности электролизного завода па территории Павлодаре:кой области.

Ключевые слова: электролизер. обожженные аноды, отходы, использование, применение.

ВВЕДЕНИЕ

Казахстан располагает большими запасами бокситов. Как известно, бокситы это сырье для получения глинозема. Однако до 2007 года глинозем производился в Казахстане и экспортировался в зарубежные страны. Со строительством Казахстанского электролизного завода (КЭЗ) ситуация изменилась в лучшую сторону, так как весь глинозем теперь перерабатывается на первичный алюминий в электролизерах.

Но на сегодняшний день существует масса проблем, связанных с комплектующими электролизеров и конечно самоя основная проблема - аноды. АО «КЭЗ» при производительности 250 000 тонн алюминия в год потребляет около 135 000 тонн обожженных анодов, для производства которых требуется 150 000 тонн «зеленых» анодов [1,2].

В 2014 году на базе предприятия был запущен цех по производству электродов, благодаря бесперебойной работе которого завод самостоятельно обеспечивает

себя анодами. С запуском на АО «Казахстанский электролизный завод» цеха по производству электродов в г. Павлодаре образован металлургический кластер с полным циклом производства: добыча бокситов, производство глинозёма и первичного алюминия.

ОСНОВНАЯ ЧАСТЬ

Производство первичного алюминия основано на использовании самообжигающихся анодов, эта проблема касается практически всех стран. По данным [3-5] за рубежом используют данную технологию всего 26 %, в России 65 %.

Одним из главных недостатков алюминиевой промышленности является образование больших объемов газообразных и твердых отходов, содержащих вредные вещества и оказывающих вредное влияние на окружающую среду при их складировании на шламовых полях [6-8].

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 [9].

Анализируя образование твердых отходов алюминиевого производства, в частности, отработанная футеровка электролизеров. Для снижения отрицательного воздействия производственной деятельности КЭЗ на экологию, важное значение имеют вопросы организации переработки отходов производства. Для решения данной проблемы, необходимо изучение характеристик образующихся отходов и обобщения информации о предложенных способах переработки, утилизации и возможного повторного использования отработанной футеровке электролизеров в алюминиевой промышленности.

За последнее десятилетие в зарубежных странах-производителях алюминия (Китай, Франция, Норвегия, США) в связи с переходом на использование сверхмощных электролизеров с применением обожженных анодов срок службы ванн возрос более чем в 2 раза и достиг 2500-3500 суток, что привело к резкому сокращению количества отходов футеровки. Применение «сухой» газоочистки сократило потребность в криолите, сделало невыгодным его извлечение из отходов футеровки и поэтому снизило внимание исследователей к этой важной проблеме [10]. По тем же данным [10] в настоящее время только в США запасы непереработанных обожжённых анодов превышают 2 млн. т и увеличиваются на 20 тыс. т ежегодно.

Во Франции и США исследователями предлагается обезвреживание отработанных футеровок электролизеров, включающее ее размол в каустическом растворе и переработку на безвредный продукт. Обезвреженный остаток после переработки отфильтровывают и складируют как отход с пониженным классом опасности [11].

Авторами работы [12] предлагается переработка отработанных футеровок электролизеров в печах кипящего слоя, что позволяет перевести ее в более

безопасный по отношению к окружающей среде продукт. Около 99 % цианидов разлагаются водяным паром при температуре свыше 400 °С с образованием аммиака, а фториды нейтрализуются серной кислотой с последующим обезвреживанием растворов гидроксидом и карбонатом кальция (с получением СаР2).

Способ российских учёных [13] позволяет возвратить в производство соединения в виде вторичного регенерационного криолита высокого качества и включает высокотемпературный обжиг в реакторе твёрдых фторуглеродсодержащих отходов при подаче анодных газов, содержащих серу, электролитического производства алюминия из системы газоочистки, в качестве кислородсодержащего газа. Достоинством данного способа является повышение эффективности работы электрофильтров, сокращение выбросов в атмосферу вредных веществ, дополнительный возврат в производство соединений в виде вторичного регенерационного криолита высокого качества.

В данной работе нами проведены лабораторные испытания технологии выплавки стали с применением дроблённых отработанных анодов алюминиевых электролизеров. Пробы были отобраны на КЭЗ. Отходы анодов вводили в состав железорудных брикетов, в качестве заменителя традиционного восстановителя в количестве 10-15 %.

В процессе исследований брикеты применяли при производстве стали в индукционной печи типа ИП-0,005. Брикеты загружали в «болото», предварительно расплавленного металлического лома. Расплавление металлошихты производили в режиме штатной технологии. Марочный сортамент, где использовались брикеты, химический состав в первой пробе представлены в таблице 1.

Массовую долю брикетов в завалку рассчитывали исходя из необходимого содержания углерода в металле по расплавлении. При анализе результатов химического состава в опытных плавках с брикетами и сравнительных без брикетов наблюдается прирост процентного содержания углерода. Например, в 10 опытных плавках стали СтЗ, среднее содержание углерода по расплавлении брикетов составило 0,19 %.

Таблица 1 - Характеристика плавок с использованием

Марка стали Количество плавок, шт. Среднее количество брикетов на плавку, кг. Среднее содержание по массе, %

С Р S

СтЗ 10 1,5 0,19 0,005 0,039

Процесс восстановления хорошо наблюдался визуально, когда при ручном вводе нескольких (5-7) брикетов в жидкий расплав ванны печи происходило выделение пузырьков газа, которые вспыхивали за счет догорания СО.

Средний удельный расход электроэнергии на плавках с использованием брикетов равен 0,59 кВт/т. Электропечь работала стабильно.

ВЫВОДЫ

Таким образом, отходы обожженных анодов электролизеров вполне пригодны для использования в составе железосодержащих брикетов в качестве восстановителя. При использовании OA в составе брикетов наблюдается положительный эффект раннего образования пенистых шлаков, которые влияют на процесс окисления твёрдых частиц углерода, находящихся в брикетах с образованием СО, что в дальнейшем позволит получить значительное снижение удельного расхода электроэнергии и кокса, что и было отмечено на отдельных плавках, где удельный расход составлял 480-510 кВт в пересчете на тонну годной заготовки.

СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННЫХ ИСТОЧНИКОВ

1 Ибрагимов, А. Т. Технология производства алюминия на электролизерах АО «Казахстанский электролизный завод» : Монография / А. Т. Ибрагимов, Р. В. Пак. - Павлодар : Дом печати, 2012. - 288 с.

2 Кимелова, Ж. Т., Абдрахманова, Д. Б., Ахметов, С. М., Каирова, А. А., Суюндиков, М. М. Перспективы развития производства анодов // Наука и техника Казахстана. - № 1-2. - 2014. - С. 61-65.

3 Баранов, А. Н. Рециклинг и утилизация фторуглеродсодержащих отходов алюминиевого производства [Текст] / А. Н. Баранов, Н. В. Немчинова, В. В. Аникин [и др.] // Вестник ИрГТУ, 2012. - № 2 (61). - С. 63-70.

4 Галевский, Г. В. Экология и утилизация отходов в производстве алюминия / Г. В. Галевский, Н. М. Кулагин, М. Я. Минцис. - Новосибирск : Наука, 1997.- 159 с.

5 Паркинсон, Дж. Новая технология нацеливается на отход алюминиевой промышленности [Текст] / Дж. Паркинсон // Cemical Engineering, 1994. -№5 (191).-С. 44-51.

6 Жунусов, А. К. Возможное использование отходов глиноземного производства в черной металлургии [Текст] / А. Жунусов, С. Байсанов // Сб. докл. IV межд. науч.практ.конф. «Управление отходами - основа восстановления экологического равновесия промышленных регионов России». - Новокузнецк, - 2012. - С. 198-200.

7 Кимелова, Ж. Т., Жаксалыкова, Н. К., Дуйсебаева, Н. Б., Каирбаева, Э. Е., Суюндиков, М. М., Сержанов, Р. И. Экологическая оценка и технологические особенности использования нерасходуемых анодов в производстве алюминия // Наука и техника Казахстана. - № 1-2. - 2015. - С. 48-54.

8 Тулегенов, Е. 3., Абдрахманов, Е. С. Анализ на техногенные отходы электролизного производства // Наука и техника Казахстана. - № 3-4. -2014. - С. 98-100.

9 Гринберг, И. С. Электрометаллургия алюминия: учеб. пособие / И. С. Гринберг, В. Г. Терентьев, В. И. Чалых. - Иркутск: Изд-во ИрГТУ, 2009. - 350 с.

10 Сомов, В. В. О способах утилизации отработанной футеровки электролизеров [Текст] / Н. В. Немчинова, А. А. Пьявкина// Вестник ИрГТУ. -Иркутск, 2015.-№5.-С. 155-161.

11 Пат. № 5245116 USA. Process for the wet treatment of spent pot linings from hallheroult electrolytic cells / Claude Bontron, Jean-Michel Lamerant, Pierre-Bernard Personnet (патентообладатель Aluminium Pechiney). Заявл. 18.11.1991; опубл. 14.09.1993.

12 Терентьев, В. Г. Производство алюминия / В. Г. Терентьев, Р. М. Школьников, И. С. Гринберг [и др.]. - СПб.: Изд-во МАНЭБ, 2001. - 348 с.

13 Пат. № 2247160 РФ. Способ переработки фторуглеродсодержащих отходов электролитического производства алюминия / П. В. Поляков, Л. В. Рагозин,

B. С. Соколов, В. С. Славин, В. В. Данилов, А. С. Истомин. Заявка № 2003133946; опубл. 27.02.2005.

Материал поступил в редакцию 21.09.18.

К,асеп Косное к Цасенулм

Металлургия, машинажасау жэне келш факультета,

C. Торайгыров атындагы Павлодар мемлекетпк университета, Павлодар к-, 140008, Казахстан Республикасы;

Жуп ic о в Абылай К аир тису л ы

Металлургия, машинажасау жене кел1к факультета,

С. Торайгыров атындагы Павлодар мемлекетпк университета,

Павлодар к-, 140008, Казахстан Республикасы;

Жумсова Лигу л К,айыргелдщызы

Металлургия, машинажасау жэне келж факультета,

С. Торайгыров атындагы Павлодар мемлекетпк университета,

Павлодар к-, 140008, Казахстан Республикасы.

Материал баспага 21.09.18 тусп.

Алюминий OHAipiciHiii электролизерлер шегеншщ калдьщтарын залалсыздандыру эдктерше анализ

Буя мацалада электролизерлер шегеншщ калдьщтарын вндеу мэселелерт зерттеу бойынша эдебиетгтк шолу нэтижелер/ келгтр1лген. Заманауи жагдайда алюминий oudipy технологиясына электролизер шегеншщ цалдьщтарын вцдеу технологиясын енглзуде улкен инвестицияиы тжет емес жене Павлодар облысы аумагында электролиз заводынын цызметшщ внеркэспит'к экологиялык кврсетк 'шин жаксартады.

K 'mmmi свздер: электролизер, куйдгршген анодтар, калдыктар, колдану, пайдалану

Kassen Kazbek Kassenuly

Faculty of Metallurgy, Machine Building and Transport, S. Toraighyrov Pavlodar State University, Pavlodar, 140008, Republic of Kazakhstan.

K,A3AK;CTAH FblJIblMbl MEH TEXHl/IKACbl. ISSN 1680-9165. № 3, 2018

Zhunussov Abylai Kairtasovich

Faculty of Metallurgy, Machine Building and Transport, S. Toraigkyrov Pavlodar State University, Pavlodar, 140008, Republic of Kazakhstan. Zhunussova Aigul Kairgeldinovna Faculty of Metallurgy, Machine Building and Transport, S. Toraighyrov Pavlodar State University, Pavlodar, 140008, Republic of Kazakhstan. Material received on 21.09.18.

Analysis of the utilization methods of the waste lining of electrolyzers of

aluminum manufacture

This article presents the results of the literature review on research of the problem of recycling spent liners ofelectrolyzers. With the current state of aluminum production technology, the technology of recycling the spent lining of the electrolyzeris needed, the introduction of which does not require large investments and will improve the environmental performance of the electrolysis plant in Pavlodar region.

Keywords: electrolysis bath, baked anodes, wastes, use, application.

i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.