CC BY
4
5. Yevseiev, S., Rzayev, K., Korol, O., Imanova, Z. (2016). Development of mceliece modified asymmetric crypto-code system on elliptic truncated codes. Eastern-European Journal of Enterprise Technologies, 4 (9 (82)), 18-26. doi: http://doi.org/10.15587/1729-4061.2016.75250
6. Евсеев, С., Цыганенко, А. (2018). Розробка несиметрично! крипто-кодово! конструкци Шдеррайтера на модифжо-ваних елiптичних кодах. Системи обробки шформацп, 2 (153), 127-135. doi: http://doi.org/10.30748/soi.2018.153.16
7. Дудикевич, В. Б., Кузнецов, О. О., Томашевський, Б. П. (2010). Крипто-кодовий захист шформацп з недвiйковим ршноваговим кодуванням. Сучасний захист шформацп, 2, 14-23.
8. Дудикевич, В. Б., Кузнецов, О. О., Томашевський, Б. П. (2010). Метод недвшкового рiвновагового кодування. Сучасний захист шформацп, 3, 57-68.
9. De Vries, S. (2016). Achieving 128-bit Security againstQuantum Attacks in OpenVPN. Available at: https://internetscriptieprij s.nl/wp-content/uploads/2017/04/1-Simon-de-Vries-UT.pdf Last accessed: 01.12.2019
10. Baldi, M., Bianchi, M., Chiaraluce, F., Rosenthal, J., Schipani, D. (2014). Enhanced public key security for the McEliece cryptosystem. Available at: https://arxiv.org/abs/1108.2462 Last accessed: 01.12.2019
11. Yevseiev, S., Tsyhanenko, O., Gavrilova, A., Guzhva, V., Milov, O., Moskalenko, V. et. al. (2019). Development of Niederreiter hybrid crypto-code structure on flawed codes. Eastern-European Journal of Enterprise Technologies, 1 (9 (97)), 27-38. doi: http://doi.org/10.15587/1729-4061.2019.156620
12. Yevseiev, S., Shmatko, O., Tsyhanenko, O. (2019). Metodologicheskiye osnovy postroyeniya kriptostoykikh kriptosistem Mak-Elisa i Niderraytera na algebrogeometricheskikh kodakh v postkvantovoy kriptografii. 3rd International Symposium on Multi-disciplinary Studies and Innovative Technologies. Ankara.
Received date 12.11.2019 Accepted date 04.12.2019 Published date 30.12.2019
Циганенко Олексш Сергшович, аспiрант, кафедра шбербезпеки та iнформацiйних технологiй, Харшв-
ський нацiональний економiчний унiверситет iм. С. Кузнеця, пр. Науки, 9-А, м. Харшв, Укра!на, 61166
E-mail: oleksii.tsyhanenko@hneu.net
УДК 669.054.82:669.714.82
DOI: 10.15587/2313-8416.2019.189686
АНАЛ1З ТЕХНОЛОГ1Й ПЕРЕРОБКИ АЛЮМШГСВОГО СКРАПУ
Ф. М. Верховлюк, В. В. Довбенко, I. Ф. Червоний
Представлено аналгз технологт переробки алюмт1евого скрапу з урахуванням економ1чно'{ та еколог1ч-ног складових. Розглянуто кислотно-лужний способи, сульфатний i содовий способи, а також електро-дуговог переплав алюмiнiевого шлаку в однофазно'! електродуговог пе4i змiнного струму. Bid-значаеться значна юльюсть проблем, що стосуються механiчних i електроф1зичних характеристик вироблених ви-робiв. ВирШення цих питань, з урахуванням пiдвищення вимог споживача, можливо тшьки при виконан-т спещальних до^джень в частинi вдосконалення технологи та розробки пристрогв i установок для проведення нових технологiчних процесiв
Ключовi слова: алюмiнiй, вторинний алюмтт, сировина, шлак, пiнки, дроси, розплав, електротермiчна установка, плавильна пiч
Copyright © 2019, A. Verhovlyuk, V. Dovbenko, I. Chervonyi. This is an open access article under the CC BY license (http://creativecommons.org/licenses/by/4M).
1. Вступ
Алюмшш - легкий метал срiблясто-бiлого кольору, легко шддаеться формуванню, литтю та мехашчнш обробцг Алюмшш мае високу тепло - та електропровщшсть, а також стшшсть до корозп. Алюмшш е елементом 13-й групи перюдично! таблиц хiмiчних елеменпв з атомним номером 13. Алюмшш належить до групи легких металiв i е най-бшьш поширеним металом - третш метал за поши-решстю хiмiчних елеменпв в земнш корi (шсля ки-сню i кремшю).
Ввдповщно до доввдкових даних [1, 2], вперше алюмшш був отриманий датським фiзиком Гансом Ерстед в 1825 рощ. Вш ввдновив хлорид цього еле-мента амальгамою калш при на^ванш i видiлив метал. Шзшше спосiб Ерстеда був полiпшений Фрвдрь хом Велером, який використовував для вщновлення хлориду алюмiнiю до металу чистий металевий калiй, i вш же описав хiмiчнi властивостi алюмшш.
Натвпромисловим способом вперше алюмiнiй отримав в 1854 р. Сент-Клер Девшь за методом Ве-лера, замшивши калш на бiльш безпечний натрш. Рiк
по тому на Паризькш виставщ 1855 року вiн проде-монстрував злиток металу, а в 1856 р отримав алюмь нш електролiзом розплаву подвшно! солi хлориду алюмiнш-натрш. Промисловий спосiб отримання металу електролiзом розплаву Al2O3 в крюлт розробили незалежно один ввд одного Ч. Хол i П. Еру в 1886 р.
До розвитку широкомасштабного промислово-го електролггачного способу отримання алюмiнiю з глинозему цей метал був дорожче золота. У 1889 рощ британщ, бажаючи вшанувати багатим подарунком росiйського хiмiка Д. I. Менделеева, подарували йо-
му аналiтичнi ваги, у яких чашки були виготовлеш з золота i алюмiнiю.
2. Лiтературний огляд
В даний час промислове виробництво значно зросло i свiтовий обсяг виробництва в 2018 р. склав 64,3 млн. т [3]. При цьому прогнозуеться збiльшення обсягу виробництва до 80 млн. т (рис. 1) [4].
На УкраМ щорiчно виробляеться 210 тис. т алюмшш. Близько 100 тис. тон проводиться методом вторинного переплавлення алюмшевого брухту [5].
80 —
70
60
а 50
к 40
ю ол
о 30
а
к
2 20 § I0
2010
2011
2012
2013
2014 Рш
2015
2016
2017
2018
■(
2020
(прогноз)
Рис. 1. Свгговий об'ем виробництва алюмшш [5]
0
Постшне зростання обсягу виробництва алюмшш обумовлене розширенням його застосування в народному господарсга i удосконаленням технологи отримання чистого алюмшш. Техтчний прогрес сприяв високому рiвню споживання алюмiнiю. Галузi застосування алюмiнiю наведенi в табл. 1.
Наведет данi про динам^ розвитку виробництва алюмiнiю характеризують i динамiку споживання алюмшш на душу населения. Нижче наводиться динамжа споживання алюмiнiю на душу населення в економiчно розвинених крашах (рис. 2).
Таблиця 1
Застосування алюмiнiю по галузях промисловостi [4]
Галузь промисловосп Обсяг застосування, %
Транспорт 26,5
Будiвництво 25,3
Упаковка товарiв 7,7
Фольга алюмшева 8,0
Електротехнiка 14,2
Споживчi товари 4,5
Машинобудування 9,0
Iншi галузi 4,9
0
^
к ^ « ,
® й к Е
й К я <а К ^
Р
7,7 -
5,9
4,9-
2005
2010
2015
2020
Рк
Рис. 2. Споживання алюмшш в економiчно розвинених крашах на душу населення [4]
3. Мета i завдання дослiдження
Мета дослiдження - розглянути методи, що за-стосовуються для переробки алюмшевого шлаку i виробити рекомендаци оптимальних варiантiв техно-логiчного процесу.
Для досягнення мети було поставлено таш за-
дачi:
- виконати аналiз технологiй переробки алю-мшевого скрапу;
- видiлити переваги i недолiки застосовуваних технологiй
4. Технолопя алюмiнiю
Для забезпечення промисловостi i споживчого попиту в даний час алюмшш виробляють за двома технолопчними напрямками:
- виробництво первинного алюмшш - пере-робка рудно! сировини, яка мiстить алюмiнiй;
- виробництво вторинного алюмшш - пере-робка алюмшевого брухту i вiдходiв з отриманням очищеного алюмiнiю, який може застосовуватися в рiзних галузях промисловосп i задовольняти спожи-вчий попит.
5. Результата дослвдження
Виробництво первинного алюмiнiю. Основною сировиною для виробництва первинного алюмь нiю в даний час е алюмшева руда - боксити. Боксити - це глиниста прська порода, яка складаеться з пдро-ксиду алюмiнiю з домiшкою оксидiв залiза, кремнiю, титану, сiрки, галш, хрому, ванадiю, карбонатних солей кальцш, залiза i магнiю. При ощнщ переробки бокситiв встановлено, що на одну тонну чистого алюмшш потрiбно вщ 4 до 5 т бокситу.
Найбшьш продуктивним способом виробництва глинозему е споаб Байера. Споаб Байера заснова-ний на вилуговуванш оксиду алюмiнiю А1203 за реа-кцiею
Л12й3 + пИ20 + 2 той = = Иа20 ■ Л1203 + (п + 1)И20.
Скорочену технологiчну схему способу Байера можна представити таким чином:
- видобуток алюмшево! руди - бокситу;
- дроблення i мокрий помел бокситу;
- вилуговування бокситу в автоклавах;
- розведення автоклавно! пульпи;
- згущення пульпи i вiддiлення червоного шламу (червоний шлам - твердi ввдходи процесу вилуговування, що мютять оксиди металiв i елементiв; червоний колiр створюе присутнiсть оксидiв залiза);
- отримання освiтленого алюмiнатного розчину;
- декомпозицiя - розкладання алюмшатного розчину з видiленням гiдроксиду алюмшш А1(ОН)3 в осад (для цього алюмшатний розчин розбавляють водою, з метою зниження концентрацii №ОН, i охоло-джують; при цьому утворюеться осад у виглядi дрiб-них кристалiв гiдроксиду алюмiнiю);
- згущення пульпи пдроксиду алюмiнiю i ввд-дiлення його вiд розчину;
- промивка гiдроксиду алюмiнiю;
- кальцинащя - процес повного зневоднення гiдроксиду алюмiнiю за високо! температури i отримання глинозему - А1203;
- глинозем - А1203;
Отриманий глинозем надаеться до електролiзу для отримання чистого алюмiнiю.
Слад зазначити одну важливу економiчну особ-ливiсть виробництва алюмiнiю. Технологiчний процес виробництва первинного алюмшш е енергоемним i вимагае значних витрат. Наприклад, в Нiмеччинi для переробки алюмшево! руди i отримання первинного алюмшш витрачаеться не менше 15 МВттод. елект-роенергii. В iнших кранах показник необхiдноi для споживання енерги може бути значно вище. У той же час при переробщ вторинно! алюмiнiевоi сировини витрачаеться всього 5 % енерги для переробки рудно! сировини [6].
Переробка вторинного алюмшш. Вторин-ний алюмiнiй - це лом i вiдходи процесу переробки первинного алюмшш. До категорп вторинного алюмшш вщносять штучш вiдходи механiчноi або лива-рно! обробки, листи i труби, стружку, а також оборо-тнi шлаки i сплеси (бризки розплаву) [7, 8].
Переробка вторинного алюмшш в даний час виокремилися в самостшну галузь промисловосп, яка називаеться вторинна металурпя, а в даному ви-падку - вторинна металургiя алюмшш. Завданням вторинно! металургii алюмiнiю е промислова переробка брухту, вiдходiв, шлакiв та iнших видiв вторин-но! сировини.
Вiдповiдно до анали'ичшго огляду свiтового виробництва i споживання алюмiнiю, в даний час об-сяг виробництва вторинного алюмiнiю складае приб-лизно 30 % вщ загального свiтового виробництва алюмiнiю. При цьому наголошуеться, що частка вторинного алюмшш продовжуе збiльшуватися [9, 10].
Переробка вторинного алюмшш включае два
етапи:
- на першому еташ проводять сортування вто-ринно! сировини, сушку брухту i вiдходiв, стружки, флюав, шлакiв та iнших видiв вторинно! сировини;
- на другому еташ проводиться металургшна переробка вторинно! сировини, яка включае плавку в плавильних печах.
Види вторинного алюмiнiевого сировини наведет на рис. 3 [10].
На першому еташ особлива увага придшя-еться очищенню брухту i вiдходiв вiд механiчних забруднень i оксидiв. При цьому проводиться сепарация брухту i вiдходiв за видами вторинно! алюмiнiевоi сировини. Застосування технологи дроблення дозволяе проводити подрiбнення брухту i вiдходiв та проводити мехашчну або магнiтну се-парацш. Для виконання операцii дроблення i под-рiбнення застосовують рiзноманiтнi рiзнi констру-кцii дробарок.
Найбiльшого поширення набули конуснi, мо-лотковi i ножовi дробарки. Застосовуються також i млини для послiдовного дроблення, i подрiбнення матерiалу. Зменшуеться час сушшня матерiалу вида-ляе вологу з поверхш матерiалу i забезпечуе зниження втрат вторинно! сировини i пiдвищити безпеку ме-талургiйноi плавки.
Рис. 3. Види вторинного алюмшевого сировини [10]
Металургiйна переробка брухту i вiдходiв проводиться в рiзних металургiйних печах. Завдан-ням металургшного етапу е забезпечення максимального витягу алюмшш з щдготовленого матерiалу. Плавку вторинного алюмiнiю виробляють в печах рь зно! конструкци - в одно- або двокамерних печах з електричним i газовим названиям, а також в печах з iндукцiйним нагрiваниям або в печах з магнггопдро-динамiчними пристроями.
В даний час широко використовуються роторш коротко барабаннi печi з похилою вюсю обертання. Обертання таких печей забезпечуе хорошу змочува-нють розплавом фрагментiв брухту i перемшування розплаву з iнтенсифiкацiею фiзико-хiмiчних процеав.
Рафiнування п1д шаром флюсу. Переробка вторинного алюмшш виконуеться пвд шаром рафь нуючи флюсу, який захищае окислення розплаву, по-глинае утворилися в результат хiмiчно! взаемодй' ок-сиди i очищае розплав алюмшш Матерiал флюсу вибираеться таким, щоб вiн не вступав в хiмiчну вза-емод1ю з футеровкою печ^ з розплавом алюмiнiю, мав температуру плавлення нижче температури пла-влення алюмшш i повинен був мати щшьшсть нижче, нгж щшьшсть розплаву алюмшш Основним компонентом рафшуючи флюсу в даний час е сумш хлоридiв натрiю i калш (NaCl + KCl) i крюлггу -Na3AlF6. Модель мехаиiзму раф^ючи дп флюсу можна досить наочно представлена в робот [11].
Шсля створення в печi розплаву, на поверхню розплаву завантажуеться флюс. Новоутворена на по-верхнi розплаву оксидна плiвка покриваеться флюсом i поглинаеться !м. Наявнi в розплавi неметалевi включення обволiкаються флюсом спливають i також поглинаються флюсом. Спливаючи, неметалевi включення захоплюють з собою i частинки (краплi) розплаву алюмшш i флюс наповнюеться краплями алюмшш, i переходить вже в шлак.
Шсля витримки, розплав зливаеться з плави-льно! ванни, а шлак, збагачений алюмiнiем, направ-ляеться на додаткову переробку з метою вилучення алюмiнiю. Вшповщно до даних роботи [12], вмют
алюмiнiю в шлаках може досягати 60 % вщ кiлькостi шлаку шсля процесу рафiнуваиня. Такий шлак е до-датковим джерелом надходження алюмiнiю при пе-реробцi вторинного алюмшю. Гiднiстю такого методу е простота виконання технолопчно! процедури, але не забезпечуеться повнота витягу алюмшш, що е недолiком процесу
На даний час в промисловосп застосовуються багато розроблених методiв i способiв переробки алюмiнiевого шлаку. До них можна вщнести кислот-но-лужний способи [13], сульфатний спосiб вироб-ництва сульфату алюмiнiю Al2(SO4)3 для водоочи-щення та обробки питних i промислових вод [5, 1416], електродугово! переплав алюмiнiевого шлаку в однофазно! електродугово! печi змшного струму [17].
Переробка алюмiнieвих шлашв. Зростаючий попит на алюмiнiй i його сплави обумовлюе пошук шляхiв поповнення його запасiв шляхом бшьш ефек-тивного та економiчного вилучення алюмiнiю, як з бiдних шлашв, так i шляхом переробки алюмшево! сировини з високим вiдношенням площi поверхнi до ваги. Наприклад, при обробщ деталей утворюеться стружка, вага яко! становить вiд 3 до 10 % ввд загаль-но! маси оброблюваних деталей. Стружка, мае неве-лику щiльнiсть в порiвняннi з розплавленим металом, i ця обставина ускладнюе !! переплавку через швидке окислення стружки при контакт з гарячим повггрям.
Також вимагають глибоко! переробки алюмь нiевi шлаки, як1 у виглядi так званих зборiв накопи-чуються при первинному отриманнi алюмшш. Зале-жно вщ вмiсту в них частки алюмiнiю збори класифь кують як пiнки - вмют алюмiнiю >45 % або як дроси - вмiст алюмiнiю <45 %.
Ще одна група алюмшевих шлак1в утворюеться при вторинному виробництвi алюмiнiю з алю-мшевого скрапу, а саме, в даному випадку ще в бь льшому обсязi. Оск1льки в рамках процеав, що використовуються для отримання вторинного алюмшш, додаються солянi сумш^ що складаються з NaCl i KCl, вiдбуваеться утворення так званих алюмшевих соляних шлак1в, в яких також мютяться регенерованi частки алюмшш.
Значний обсяг алюмшевих шлак1в утворюеться на ливарних пщприемствах, що працюють за тех-нологiею бесфлюсово! плавки алюмiнiевих сплавiв. Шлаки можуть мiстити вщ 20 до 80 % металу. Фак-тично вони представляють збори, як1 складаються з сумiшi металу, i оксидiв. Сюди також можна вщнести настил з розливних ковшiв i пiну, що утворюеться при переливанш алюмiнiю.
Як показано вище, легкий алюмiнiевий брухт важко ефективно плавити, i вш дуже легко окислю-еться. Незахищеш розвиненi алюмiнiевi поверхнi швидко окислюються на повiтрi навiть при темпера-турi навколишнього середовища. При впливi високих температур, процес окислення значно прискорюеть-ся. Тому, однiею з найбшьш поширених технологiй переробки алюмшевих вiдходiв е процес, пов'язаний iз захистом алюмiнiевого брухту вiд окислення, наприклад, зануренням роздроблено! сум™ в розплав алюмшш.
Способи та апарати, що реалiзують цю техно-логiю, наведенi в роботах [18-20]. Однак, описанi в
них технолопчш прийоми ефективнi для алюмше-вих вiдходiв, що мютять не бiльше 7 % оксидiв, на-приклад, таких як алюмшева стружка.
Содовий метод переробки шлашв. Для шд-вищення ефективностi переробки шлаку в робот [21] розглядаеться содовий метод, який заснований на те-мпературно-залежних характеристиках хiмiчних реа-кцiй за участю алюмшш.
Механiзм цього процесу заснований на змш валентного стану алюмшш вщ тривалентного до одновалентного i навпаки, в залежносп вiд температури пвд час хiмiчноl реакцп.
Л120 + Ш£0Ъ ^ 2ИаЛЮ2 + С02
ИаЛЮ2 + И20 -о- Иа0И + Л1(0И).
Надалi гiдрооксид алюмiнiю направляеться на прожарювання, а отриманий глинозем - на електро-л^тичне отримання чистого алюмiнiю. Перевагою содового методу е досить повне зв'язування алюмшш в стшку сшь - алюмiнат натрш, що забезпечуе на на-ступних етапах застосування добре ввдпрацьованих технологiчних прийомiв. Недолшом содового методу е утворення оксидiв вуглецю та !х негативний вплив на навколишне середовище.
Метод пресування шлашв. У робот [22] за-пропоновано метод пресування гарячих шлаюв без-посередньо шсля забору !х з дзеркала плавильно! пе-чi. Згiдно з розробленою технолопею гарячий шлак завантажують в форму i здавлюють пiд пресом. Ви-чавлений розплав алюмiнiю слкае в iзложницю i тверда. Для переробки отриманого пiсля здавлювання за-лишку у виглядi спресовано! к1рки потрiбнi меншi ви-трати. Однак, застосування зазначеного прийому лише частково вирiшуе проблему переробки алюмшевих шлак1в i зменшення !х частки. Метод також не дозво-ляе ввдокремлювати алюмiнiй при переробцi холодних шлаюв. Метод пресування гарячого шлаку забезпечуе шдвищення продуктивностi процесу i отримання чистого алюмiнiю. Однак повного вилучення алюмiнiю перешкоджае складна структура шлаку, яка утримуе захоплеш частинки редкого алюмiнiю.
Електрошлаковiй споаб переробки шлаку. Ввдомий також споаб переробки алюмiнiевого шлаку [23] в електрошлаковш печi постiйного струму, що мае тигель з нижшм електродом в якостi катоду i верхшм електродом в якостi аноду. Крили1 (NaзA1F6) i оксид алюмiнiю (А1203) завантажують в тигель еле-ктрошлакового печi i розплавляють, потiм в отрима-ний рiдкий розплав (електролгт) подрiбнюють алю-мiнiевий шлак (мехашчна сумiш А1203 i металевого алюмшш) i крiолiт, додаються порцiями по мiрi пла-влення i розчинення !х в електролiтi .
Витяг редкого металу з алюмiнiю вщбуваеться на днi тигля, в обласп катоду, а витяг вторинного шлаку у виглядi сумiшi крiолiту i глинозему в^дбува-еться в обласп аноду. Таким чином, застосування електрошлаково! печi забезпечуе плавлення i розчи-нення алюмiнiевого шлаку при температурi в дiапа-зонi в^д 800 до 2000 °С. Застосування електрошлако-вого переплаву для переробки алюмшевих вiдходiв не пов'язане з використанням з'еднань, що мiстять
хлор та фтор, i в цьому ввдношенш електродуговi пе-чi, е найбшьш переважними.
Переробка шлаку в електродуговоТ печi. Для переробки металевого брухту запропоновано також спосiб плавки в печi електродуги, описаний в робоп [24]. Процес передбачае електродугову пiч, в як1й мi-ститься, щонайменше, один електрод, i е система для видування газу вниз в проспр печi в околицях елект-рода. Порошок або дрiбно гранульована тверда речо-вина вдуваеться в простiр печi разом з газом. Крiм того, система для видування газу вниз забезпечена спецiальними турбулизаторами. 1х наявнiсть, на думку авторiв, значно покращуе роботу печi, однак, також, як i в шших в^домих ранiше конструкцiях дуго-вих печей, регулювання довжини електрично! дуги проводиться шляхом перемiщення електрода. У той же час, мехашчна iнерцiя негативно впливае на ста-б№нють горiння дуги i викликае аномальш по-штовхи струмового навантаження.
Використання електротермiчноТ установки для переробки шлаку. Для досягнення економiчно-го i технологiчного способу переробки алюмiнiевих шлаюв, полiпшения екологiчноl обстановки в процеа його вилучення розглядаеться спосiб переробки алюмшевого шлаку в електротермiчнiй установщ, опис пристрою яко! наведено нижче (рис. 4) [25].
Установка складаеться з плавильно! накопичу-вально! печi 1, в як1й накопичуеться i осереднюеться розплавлений алюмiнiевий сплав 19. Шч закриваеть-ся тепло iзолюючою кришкою 2. Над плавильною накопичувальною пiччю 1 розташовують збiрний ре-акторний блок, який представляе електродугову ва-куумну камеру 7. Блок електродугово! вакуумно! ка-мери 7, складений з керамiчного стакана 16 i сталево! планшайби 8. Стакан 6 герметично кршиться до планшайби 8 i додатково iзолюеться вогнетривкою ватою 6, що розташована усерединi обичайки 5. Дно керамiчного стакану 16 мютить вбудоваиi вогнетрив-к1 патрубки 3 i 18, як1 виконують функци трубопро-водiв.
Трубопровод 18 е першим нагттаючим трубопроводом i на ньому встановлено нагнiтаючий лшш-ний асинхронний статор 17, а трубопровод 3 е другим трубопроводом, який ввдкачуе за допомогою лшшно-го асинхронного статора 4. У центральнш частинi електродугово! вакуумно! камери 7 встановлений електрод 10. Електроживлення на електрод здiйсню-еться вщ однофазного силового трансформатора, вторинна обмотка якого приеднуеться одним к1нцем до електроду, а другим контактуе з розплавленим алюмшем 19, який накопичуеться в печi 1. При ро-ботi змшний струм вiд силового трансформатора мо-же бути поданий на електрод 10 i пропущений по трубопроводах в розплав, що знаходиться в печг
Зокрема, змшний струм може бути використа-ний для резистивного на^вання потоку розплаву до температур, що становлять в межах штервалу ввд ~1820 до ~2250 °С, для сприяння отриманню металевого алюмшш.
Для подачi шлаково! маси 13 у внутршнш простiр камери 7 на плаишайбi 8 змонтований елект-ромеханiчний шнековий дозатор 11. Завантаження шлаково! маси здшснюють в герметичний бункер 12,
i потiм по трубопроводу 14 шлак надходить в шнеко-вий дозатор. Зверху на планшайбi 8 встановлений датчик 9 газового тиску, який дозволяе контролювати газовий тиск всерединi камери 7. Регулювання вели-чини газового тиску всередин електродугово! камери здiйснюють за допомогою електромагнггаого клапана 15 пов'язаного з цеховою системою вщкачування вакууму.
12
11
У10 9 1 /
Рис. 4. Схема установки для отримання алюмiнiю з ливарного шлаку i вiдходiв: 1 - плавильна накопичу-вальна пiч; 2 теплоiзолююча кришка; 3 i 18 - вогнет-ривк1 патрубки; 4 - вщкачуе лiнiйний асинхронний статор; 5 - обичайка; 6 - вогнетривка вата; 7 - елект-родугове вакуумна камера; 8 - сталева планшайба; 9 - датчик; 10 - електрод; 11 - електромехатчний шнековий дозатор; 12 - герметичний бункер; 13 - шлакова маса; 14 - трубопровщ; 15 - електрома-гштний клапан 16 - керамiчний стакан; 17 - нагттае лiнiйний асинхронний статор; 19 - розплав алюмше-вого сплаву;
Процес переробки алюмiнiевого шлаку в елект-ротермiчною установцi здiйснюють наступним чином.
Перед початком роботи модуль електродугово! камери 7 опускають на кришку 2, при цьому шнщ трубопроводiв занурюються в розплавлений алюмь нiй, що знаходиться в печi 1 (рис. 5). Пiсля занурення
трубопроводiв в розплав включають систему вщка-чування газу i за допомогою датчика 9 контролюють величину тиску всередиш робочого простору електродугово! камери.
У процеа зниження газового тиску всередиш камери 7 розплавлений метал пщшмаеться по трубопроводах у внутршнш прослр камери, потоки розп-лаву всерединi камери зливаються, i при цьому фор-муеться замкнутий гiдравлiчний контур 20. Для до-тримання умов шдтримки довжини електрично! дуги 21 мiж електродом i поверхнею розплавленого мета-лу, в процесi всмоктування розплаву з печ^ безпере-рвно управляють i щдтримують необхщну величину газового тиску всередиш камери.
Рис. 5. Схема, що працюе установки для отримання алюмшш з ливарного шлаку i вiдходiв: 1 - плавильна накопичувальна пiч; 2 теплоiзолююча кришка;
7 - електродугове вакуумна камера; 9 - датчик; 13 - шлакова маса; 19 - розплав алюмшевого сплаву; 20 - замкнутий пдра^чний контур; 21 - електрична дуга; 22 - поверхня алюмшевого розплаву
Пiсля того як розплав алюмшш шднявся в ка-мерi на необхiдну висоту i зафiксовано необхщну вь дстань 21 см мiж кiнцем електроду i поверхнею розплаву включають лшшний асинхронний статор 17 i одночасно вщкачуе лiнiйний асинхронний статор 4. Шд дiею електродинамiчних сил, що наводяться лшшними статорами в гiдравлiчному контурi 20 мiж пiччю i електродуговою камерою, порушуеть-ся кругова циркулящя розплаву. Пiсля порушення циркуляцп розплаву, включають електричну дугу i на поверхню алюмiнiевого розплаву здшснюють подачу шлаку 13 для його переробки. Шд дiею потоку розплаву шлак 13 перемщуеться в зону го-рiння дуги.
При перемщенш шлаково! маси через зону горшня дуги висотою 21 см досягаеться !! прогрiв. Крiм того, вiдбуваеться безперервне оновлення шлаково! маси тд електродом, де протшають основнi фь зико-хiмiчнi процеси видiления алюмiнiю з шлаку. Одним з основних процеав, що сприяють видiленню алюмiнiю з шлаку, е катодного розпилення оксидних плiвок на поверхш шлаку, що розвиваеться при впливi на нього електрично! дуги змшного струму.
Крiм цього, в дуговому пром1жку розвиваеться процес безпосереднього вщновлення металевого алюмiнiю з його оксидiв присутнiх в шлаку. У проце-сi горiния електрично! дуги для досягнення найбшь-шо! ефективносл регулюють !! довжини шляхом змь ни газового тиску в електродуговш камерi. При регу-люваннi тиску всередиш камери змiнюеться висота розташування розплаву i вiдповiдно змiнюеться дов-жина горiння електрично! дуги.
Крiм вигоди вiд розподiлу струму при викори-станнi процесу регулювання довжини дуги шляхом наближення або вщдалення поверхнi розплаву мо-жуть бути також реалiзованi й iншi переваги. Напри-клад, оскiльки розплав здатний рухатися в напрямках вгору - вниз (наприклад, за допомогою змши газового тиску всерединi камери), то вертикальний рух ш-тенсиф^е перемiшуваиия розплавлено! ванни, що мютить шлак в зонi горiния дуги.
Перевагою застосування електротермiчною установки е висока ефектившсть вiдновления алюмь нш з шлаку, а також висока продуктивнють процесу переробки досягаеться за рахунок пiдтримки цирку-ляцii розплавленого металу мiж електродугово! камерою i накопичувально! пiччю i ^м цих факторiв до-даткового впливу на шлак високих температур в зон горiния дуги. Установка може експлуатуватися в межах штервалу температур вiд ~1910 до ~1940 °С для вилучення вуглецю з отриманого металевого алюмь нiю. Шд час роботи установки забезпечуеться захист
робочого простору в зон роботи обслуговуючого персоналу. В результат рiзнi гази вiдкачуються водо кшьцевим вакуумним насосом i пропускаються через систему очищения ra3iB.
6. Висновки
Таким чином, процес виробництва первинного алюмiиiю е енергоемним i вимагае значних економь чних витрат. У той же час при переробщ вторинно! алюмiиiевоï сировини витрачаеться всього 5 % енер-гй' для переробки рудноï сировини, що забезпечуе ш-тенсивний розвиток техиологiй.
1. При використанш методу рафiиуваиия тд шаром флюсу досягаеться простота технолопчного процесу, але не забезпечуеться повнота витягу алю-мiнiю, що е недолгом процесу
Перевагою содового методу е досить повне зв'язування алюмiнiю, але утворення оксидiв вуглецю та ïx негативний вплив на навколишне середови-ще е недолiком.
Метод пресування гарячого шлаку забезпечуе шдвищення продуктивност процесу i отримання чистого алюмшш. Однак повного вилучення алюмшш перешкоджае складна структура шлаку, яка утримуе захоплеш частинки рiдкого алюмшш
Електрошлаковий переплав не пов'язане з ви-користаииям з'еднань, що мютять хлор та фтор, i в цьому вiдношеннi електродуговi печi, е найбшьш пе-реважними.
При переробцi шлаку в електродуговоï печi меxаиiчна iнерцiя перемiщения електродiв негативно впливае на стабшьнють горiния дуги i викликае ава-рiйнiсть теxнологiчного процесу.
2. Найб№ш доцiльним е використання елект-ротермiчною установки, коли досягаеться висока ефектившсть i продуктивнють ввдновлення алюмшш зi шлаку, а також забезпечуеться захист робочого простору в зош роботи обслуговуючого персоналу.
Лиература
1. Алюминий. Wikipedia. Available at: https://ru.wikipedia.org/wiki/%D0%90%D0%BB%D1%8E%D0%BC%D0%B8% D0%BD%D0%B8%D0%B9 Дата обращения: 28.07.2019.
2. Бредихин, В. Н., Корицкий, Г. Г., Кушнеров, В. Ю., Шевелев, А. И. (2019). Алюминий вторичный. Донецк: ДонН-ТУ, 444.
3. Анализ мирового рынка алюминия: итоги 2017 года, прогнозы на 2018 год до 2021 года. Available at: http://www.talco.com.tj/sites/default/files/_world-aluminum-industry/Analyz_mirovogo_rinka_2017_prognoz_2018_do_2021.pdf Дата обращения: 25.07.2019
4. Чернавина, Д. А., Чернавин, Е. А., Фаллер, А. В., Зданович, М. Ю. (2018). Мировой рынок алюминия: тенденции развития, перспективы и ключевые проблемы. Молодой ученый, 17, 206-210.
5. Савицкий, К. В. Переработка шлаков вторичного алюминия. Available at: http://www.rusnauka.com/SND/Tecnic/ 1_savickiy%20k%20v.doc.htm Дата обращения: 02.08.2019
6. Markets for Steel and Aluminum Scrap (2019). Available at: https://www.spotlightmetal.com/markets-for-steel-and-aluminum-scrap-a-789883/
7. Технологические схемы переработки лома и отходов алюминия. Available at: https://uchebnikfree.com/ekologiya/ tehnologicheskie-shemyi-pererabotkiloma-62897.html Дата обращения: 30.07.2019
8. Вторичное сырье цветных металлов. Available at: https://metallurgy.zp.ua/vtorichnoe-syre-tsvetnyh-metallov/ Дата обращения: 30.07.2019
9. О мировой алюминиевой промышленности на сайте РУСАЛа (2013). Available at: https://iv-g.livejournal.com/ 930562.html Дата обращения: 01.08.2019
10. Вторичное сырье цветных металлов (2019). Available at: https://metallurgy.zp.ua/vtorichnoe-syre-tsvetnyh-metallov/ Дата обращения: 01.08.2019
11. Галушко, A. М., Королев, С. П., Трибушевский, В. Л., Михайловский, B. М., Трибушевский, Л. В., Шешко, А. Г., Королев, М. С. (2018). Некоторые особенности технологии и организации рециклинга алюминия и его сплавов. Литье и металлургия, 1-2 (54-55), 122-127.
12. О повышении эффективности производства вторичных алюминиевых сплавов. Available at: https://ukrbascompany.at.ua/ index/o_povyshenii_ehffektivnosti_proizvodstva_vtorichnykh_aljuminievykh_splavov/0-135 Дата обращения: 01.08.2019.
13. Алюминий из шлаковых съемов плавильных печей. Available at: https://uchebnikfree.com/obrabotka-metallov-metallurgiya/alyuminiy-shlakovyih-syemov-plavilnyih-43700.html Дата обращения: 02.08.2019
14. Прессы для переработки алюминиевого шлака. Available at: http://www.lmltd.ru/altek/produktsiya/otzhim-alyuminievogo-shlaka.html Дата обращения: 25.07.2019
15. Зверева, Я. Ю. Переработка алюминиевых шлаков. Available at: http://ea.donntu.org:8080/jspui/bitstream/ 123456789/26049/1/%D0%B7%D0%B2%D0%B5%D1%80%D0%B5%D0%B2%D0%B0.pdf Дата обращения: 29.07.2019
16. Савко, A. В., Кушнер, Е. Н. Эффективная технология переработки алюминиевых шлаков. Available at: https://rep.bntu.by/bitstream/handle/data/13150/%D0%A1.%2010.pdf?sequence=1&isAllowed=y Дата обращения: 02.08.2019
17. Радченко, В. Г., Шабалин, В. Н., Трашков, К. М., Душаткин, В. И., Широков, И. С. (2003). Переплав алюминиевых шлаков в электродуговой печи. Ползуновский альманах, 4, 78-79.
18. Al Chalabi, R., Perry, O. H. (2009). Pat. WO2010/058172 World Intellectual Property Organization. MPK: C 22 B 21/00; C 22 B 7/00; F 27 B 3/00. Metal melting apparatus. PCT/GB2009/002709; declareted: 19.11.2009; published: 20.11.2009.
19. Pat. JPH03120322 JPN (1991). Device for melting aluminum swarf. MPK: C 22 B 21/00. published: 22.05.1991.
20. Pat. CA2977480 CA (2015). System and method for melting light gauge metal stock. MPK: C 22 B 21/00; C 22 B 7/00; C 22 B 9/16; F 27 D 27/00; F 27 D 3/14. published: 12.11.2015.
21. Верховлюк, А. (2019). Процесс производства алюминия из отходов литейного производства. Международный форум по комплексному использованию ресурсов ванадия и титана в Паньчжихуа «Форум 2019». Паньчжихуа, 44.
22. Pat. 5882580 USA (1999). Dross presses. MPK: C 22 B 21/00; C 22 B 7/04; C 22 B 7/00. published: 16.03.1999.
23. Pat. EP2331718 (2015). Electroslag melting method for reprocessing of aluminium slag. MPK: C 22 B 21/00; C 22 B 7/04; C 22 B 9/18. published: 22.04.2015.
24. Pat. DE19517151 DEU (1996). Melting metal scrap in electric arc furnace of good operational effectiveness and durability. MPK: C 21 C 5/46; C 21 C 5/52; F 27 B 3/08; F 27 B 3/22; F 27 D 13/00; F 27 D 99/00. published: 07.03.1996.
25. Verhovlyuk, A. M., Dovbenko, V. V., Chervonyi, I. F. (2019). Technological features of the processing of aluminum slag. International periodic scientific journal. Modern scientific researches, 9 (1), 9-18.
Received date 20.11.2019 Accepted date 11.12.2019 Published date 30.12.2019
Верховлюк Анатолш Михайлович, доктор техтчних наук, професор, Фiзико-технологiчний шститут металiв та сплавiв, Нацюнальна Академiя Наук Украши, бул. Вернадського, 34/1, м. Кшв, Украша, 03142 E-mail: vam@ptima.kiev.ua
Довбенко Володимир Вггальович, астрант, Фiзико-технологiчний шститут металiв та сплаыв, Нацюнальна Академiя Наук Украши, бул. Вернадського, 34/1, м. Кшв, Украша, 03142, директор, ТОВ «1111 «Укркабель», пер. Будiвельний, 9/11, сел. Коцюбшське, Кшвська обл., Украша, 08298 E-mail: dovbenko@ukr.net
Червоний 1ван Федорович, доктор техшчних наук, професор, академж, Академiя iнженерних наук Украши, пр. Перемоги, 37, м. Кшв, Украша, 03056 E-mail: ivanchervony44@gmail.com
