Автоматизация мониторинга и очистки от HF посредством красного шлама на участке электролизеров с анодом Содерберга Текст научной статьи по специальности «Химические технологии»

Оригинальная статья / Original article

УДК 669.712.1.002.68, 65.011.56

DOI: http://dx.doi.org/10.21285/1814-3520-2019-4-816-828

Автоматизация мониторинга и очистки от HF посредством красного шлама на участке электролизеров с анодом Содерберга

© Т.Ю. Комарова, А.А. Кульчицкий, А.Б. Лебедев, В.Ю. Бажин

Санкт-Петербургский горный университет, г. Санкт-Петербург, Россия

Резюме: Для обеспечения своевременной корректировки изменения технологических параметров необходимо установить автоматизированный мониторинг технологического процесса на участке электролизеров Содерберга. Стоит задача утилизации отходов производства глинозема - красного шлама, который ежегодно накапливается и складируется в шламохранилищах. На каждую 1 т произведенного глинозема приходится около 1,5 т данного техногенного материала. Наиболее перспективным является использование системы технического зрения, которая фиксирует всевозможные изменения состояния технологического процесса. Второй составляющей является применение красного шлама в качестве поглотителя фторидов, который служит заменой традиционно используемого в системе «сухой» газоочистки дорогостоящего глинозема. При использовании комплекса камер наблюдения для информирования и оперативного реагирования автоматизированной системы управления технологическим процессом (в случае изменения его состояния) в качестве поглотителя фтористого водорода применение красного шлама повышает показатели средней поглотительной способности по фтору на 15%. Пульпа красного шлама с соотношением Ж:Т = 5:1 в качестве поглотительной добавки подается в систему скрубберов на участок очистки отходящих газов от вредных соединений. Высокая поглотительная способность красного шлама обусловлена наличием в его составе различных оксидов металлов. Для получения информации рационально использовать комплекс технического зрения, что решает следующие задачи: обеспечение автоматизированной системы управления технологическим процессом полных данных о ходе процесса; ведение технологического процесса без изменения графика регламентных работ, но с существенным снижением влияния человеческого фактора; прогнозирование анодного эффекта; оценка состояния горелочных устройств и условий дожигания отходящих газов (наличие пламени, засоренность горелочного устройства, цвет пламени, характер пламени); оперативная оценка герметизации. В качестве поглотительного материала для фторидов рекомендовано использовать красный шлам. В целом это позволит получить положительный эколого-экономический эффект.

Ключевые слова: электролизер Содерберга, автоматизация мониторинга, техническое зрение, выбросы фторидов, фтористый водород, красный шлам

Благодарности: Работа проведена при финансовой поддержке Министерства образования и науки Российской Федерации (регистрационный номер проекта 11.4098.2017/ПЧ от 01.01.2017).

Информация о статье: Дата поступления 30 мая 2019 г.; дата принятия к печати 28 июня 2019 г.; дата онлайн-размещения 31 августа 2019 г.

Для цитирования: Комарова Т.Ю., Кульчицкий А.А., Лебедев А.Б., Бажин В.Ю. Автоматизация мониторинга и очистки от HF посредством красного шлама на участке электролизеров с анодом Содерберга. Вестник Иркутского государственного технического университета. 2019;23(4):816-828. DOI: 10.21285/1814-35202019-4-816-828

Automation of monitoring and flue gas purification from HF by red mud on S0derberg cell site

Tatiana Yu. Komarova, Alexander A. Kulchitsky, Andrei B. Lebedev, Vladimir Yu. Bazhin

Saint Petersburg Mining University, Saint Petersburg, Russia

Abstract: Automated monitoring of the technological process at the site of S0derberg cells should be organized in order to provide timely adjustment of process parameter variation. The problem is set of disposal of red mud - alumina production waste, which is annually accumulated and dumped in slurry storages. There is about 1.5 ton of this man-made material for every 1 ton of alumina produced. The use of a vision system that captures all possible changes in the state of the technological process seems the most promising. The second component is the use of red mud as a fluoride absorber,

0

which replaces traditionally used expensive alumina in the "dry" gas cleaning system. When using a complex of surveillance cameras informing the automated process control system and ensuring its prompt respond (in the case of changes in the process state) the use of red mud as a HF absorber increases the average absorption capacity of fluorine by 15%. As an absorbing additive the pulp of red mud with the ratio of L:S=5:1 is fed into the scrubber system to the site of flue gas purification from harmful compounds. The high absorption capacity of red mud is due to the presence of various metal oxides in its composition. It is feasible to use a complex of technical vision to obtain information. It solves the following tasks: provides the automated process control system with complete data on the process; introduces the technological process without any changes in the schedule of routine maintenance but significantly decreases human factor influence; predicts the anode effect; estimates the state of burners and conditions of flue gas afterburning (presence of flame, burner clogging, flame colour, nature of flame); rapidly assesses pressurization. Red mud is recommended to apply as an absorbent material for fluorides. In general, this will provide a positive environmental and economic effect.

Keyword: S0derberg cell, monitoring automation, technical vision, fluoride emissions, hydrogen fluoride, red mud

Acknowledgements: The work is carried out with the financial support of the Ministry of Education and Science of the Russian Federation (project registration number 11.4098.2017 /dated 1 January 2017).

Information about the article: Received May 30, 2019; accepted for publication June 28, 2019; available online August 31, 2019.

For citation: Komarova T.Yu., Kulchitsky A.A., Lebedev A.B., Bazhin V.Yu. Automation of monitoring and flue gas purification from HF by red mud on S0derberg cell site. Vestnik Irkutskogo gosudarstvennogo tehnicheskogo universiteta = Proceedings of Irkutsk State Technical University. 2019;23(4):816-828. (In Russ.) DOI: 10.21285/1814-3520-2019-4816-828

1. ВВЕДЕНИЕ

Основным промышленным способом получения алюминия является электролиз расплава криолита с растворенным в нем глиноземом (А1203), температура процесса - 950-960°С. Как и любое промышленное производство, выплавка алюминия сопряжена с экологическими рисками - выбросами загрязняющих веществ в атмосферу, образованием твердых отходов, высоким потреблением электроэнергии [1-5].

На отечественных предприятиях алюминиевой промышленности более половины первичного алюминия выпускается на электролизерах с самообжигающимися анодами с верхним токоподводом на силу тока 140-176 кА. Новые электролизные серии оснащаются исключительно электролизерами с обожженными анодами на силу тока 300 кА и выше [6]. Тем не менее еще долгие годы электролизеры с анодом Со-дерберга будут составлять существенную часть технопарка компании «РУСАЛ». В настоящее время осуществляется программа «ЭкоСодерберг», подразумевающая модернизацию электролизеров С8Б и С8БМ в целях снижения экологических рисков [7, 8]. Электролизеры оснащаются без-горелочным газосборным колоколом и но-

вой системой газоудаления, которые способны обеспечить эффективность укрытия до 96-98% [9]. Часть электролизеров не может быть переведена на технологию «ЭкоСодерберг» в силу конструктивных особенностей, и для ванн этого типа применяется комплекс мероприятий, направленных на сокращение времени разгерметизации электролизера, повышение эффективности системы газоотсоса и снижение выбросов через аэрационные фонари. Основной стратегией деятельности предприятий является ведение технологического процесса без отклонений и аварийных ситуаций, а также регулирование анодного эффекта.

Существующие контрольно-

измерительные средства диагностирования не в полной мере обеспечивают автоматизированную систему управления технологическим процессом (АСУТП) достоверной и актуальной информацией о значениях технологических параметров, осуществляется непрерывное автоматическое измерение только рабочего напряжения и тока серии [10, 11]. Состояние горелочных устройств и условия дожигания отходящих газов контролируются технологическим персоналом визуально (наличие пламени, засоренность горелочного устройства, цвет и характер пламени). Оперативная оценка

герметизации также осуществляется посредством обхода и регистрации состояния каждого электролизера (регламентная обработка, обвал корки, утечка анодных газов через неплотности укрытия, работа без технологических отклонений). Оснащение оборудования индивидуальными средствами контроля затруднено из-за конструктивных особенностей, а также химически агрессивного характера и высокой температуры рабочей среды. Построение подобной системы наблюдения требует установки большого количества однотипных датчиков, разработки алгоритмов сбора и анализа данных, а от персонала -обеспечения чистоты рабочей поверхности приемных устройств, что неминуемо влечет повышение трудозатрат. Таким образом, для получения информации предпочтительно использовать камеры технического зрения и далее проводить анализ полученных изображений: так, наличие утечек анодных газов может быть выявлено посредством попиксельного сравнения серии изображений с последующим распознаванием областей интереса (потоков газа).

Существует технология применения красного шлама (КШ) в качестве поглотителя токсичных соединений серы, содержащихся в промышленных газах, что составляет альтернативу дорогостоящему известняку, его высокая поглотительная способность обусловлена отношением суммы оксидов кальция, магния и алюминия к оксиду кремния [12]. КШ также имеет высокую поглотительную способность по отношению к соединениям фтора, которые выделяются в больших количествах в процессе производства алюминия и являются основной проблемой на участках с электролизерами Содерберга. Главная задача состоит в предварительной подготовке его к отгрузке потребителю, из-за щелочной составляющей материал непригоден для использования в большинстве отраслей. Но в качестве поглотительного средства вредных примесей из промышленных газов он используется в первоначальном состоянии, не нуждающемся в энергозатратной подготовке. Для удобства транспортировки по шламопрово-

ду пульпу КШ разбавляют до достижения Ж:Т=5:1, что представляет собой продукт, готовый к отгрузке потребителю [13].

Многочисленными исследованиями показано, что влияние загрязняющих веществ на организм человека и окружающую среду зависит от концентрации их в воздухе. В связи с этим с целью исключения воздействия загрязняющих выбросов алюминиевого производства в развитых странах существуют различного рода законодательства, ограничивающие концентрацию загрязняющих веществ в воздушной среде. При этом используется, в основном, два подхода: ограничение выбросов загрязняющих веществ на 1 т алюминия (удельные выбросы) и ограничение концентрации загрязняющих веществ в воздухе, влекущее за собой ограничение валовых выбросов. За рубежом наиболее распространен первый подход, хотя в ряде стран существует и ограничение концентраций в воздухе. В развитых странах нормативы по предельным величинам удельных выбросов фторидов в атмосферу зависят от конкретных условий.

Характерной особенностью предприятий алюминиевой промышленности, использующих современную технологию производства первичного алюминия, является прямое воздействие на атмосферный воздух путем выбросов твердых и газообразных загрязняющих веществ, к значимым из которых относятся [14]:

- фтористый водород - 2 класс опасности;

- плохорастворимые неорганические фториды - 2 класс опасности;

- оксид алюминия - 2 класс опасности;

- бенз(а)пирен - 1 класс опасности;

- сернистый ангидрид - 3 класс опасности;

- монооксид углерода - 2 класс опасности;

- диоксид углерода - 4 класс опасности;

- пыль неорганическая (до 20% SiO2) - 3 класс опасности.

2. ЦЕЛЬ ИССЛЕДОВАНИЯ

1. Организация мониторинга нарушений герметизации посредством системы технического зрения для обеспечения своевременной корректировки технологических параметров и повышения управляемости процесса при снижении влияния человеческого фактора.

2. Найти возможности использования КШ в качестве поглотителя ИР на участке очистки газов от электролизеров с анодом Содерберга взамен традиционно используемого глинозема.

3. ТЕОРЕТИЧЕСКИЕ ПРЕДПОСЫЛКИ

Правилами установления допустимых выбросов вредных веществ промышленными предприятиями (ГОСТ 17.2.3.02781) определены следующие предельно допустимые концентрации (ПДК) для фтористых компонентов, содержащихся в выбросах электролитического производства алюминия (табл. 1) [15].

Применение на современных алюминиевых заводах инновационных высокоамперных технологий не может полностью снять экологические проблемы и решить вопросы ресурсосбережения, однако позволяет улучшить условия труда в корпусе электролиза за счет отсутствия выделения смолистых веществ. Проблемой остаются выбросы перфторуглеродов CF4 и С2Р6 во время анодного эффекта, и в предэффект-ном состоянии - С4Р12.

HF образуется преимущественно в результате гидролиза фторсолей при взаимодействии их с влагой, попадающей в электролит с сырьем (глиноземом, анодной массой). Образующиеся фториды в электролизерах классифицируются как газообразные и твердые. Под «выбросами фтора» понимается сумма фторидов, которые

удаляются из корпуса и загрязняют окружающую среду. Газообразными фторидами называются те фториды, которые продолжают оставаться в виде газов при температуре окружающей среды: HF, CF4, С2Р6 и Э1Р4. К твердым фторидам относятся №зА1Рб, №5^14, А1Рз, СаР2. Твердые фториды образуются вследствие процессов испарения их из электролита, а также при увлечении в систему газоотсоса мелкодисперсных твердых материалов из электролита, при питании глиноземом и с корки электролита во время выделения газов. Значительная часть из них уходит с газами, образующимися в процессе электролиза (СО, СО2). Практически все выделяющиеся фториды улавливаются в газоочистительных установках (ГОУ), где используется в качестве активного адсорбента металлургический глинозем. Из реактора-адсорбера вторичный глинозем подается обратно на корку электролита для восполнения потерь фторидов и улавливания летучих компонентов (фторида алюминия, фтористого водорода, сероводорода и др.). На выделение фторидов из электролизеров оказывают влияние несколько факторов:

- техническое состояние электролизеров (качество укрывного материала, эффективность систем газоотоса и доставки газа в ГОУ);

- величина перегрева электролита (при увеличении температуры возрастает количество образующихся газов);

- устройство реактора (нагнетательный агрегат, адсорбер с кипящим слоем);

- конструкция газосборного укрытия электролизеров;

- обслуживание электролизеров (питание фторсолями, глиноземом, контроль состава электролита, замена анодов);

- физико-химические свойства глинозема (удельная площадь поверхности, поте-

1ГОСТ 17.2.3.02-78. Охрана природы. Атмосфера. Правила установления допустимых выбросов вредных веществ промышленными предприятиями. Введ. 24.08.78. Постановлением Государственного комитета СССР по стандартам № 2329; изм. 01.01.80. М.: Изд-во стандартов, 2004. / GOST 17.2.3.02-78. Protection of Nature. Atmosphere. Regulations for establishing permissible emissions of harmful substances by industrial enterprises. Introduced 24 August 1978. Decree of the USSR State Committee for Standards No. 2329; revised 1 January 1980. M.: Publishing house of Standards, 2004.

ри при прокаливании, химический состав, внешняя и межкристаллическая влага);

- условия окружающей среды (атмосферное давление, температура и влажность воздуха).

Фторид алюминия является одной из самых важных компонентов расплава в производстве алюминия и влияет на технико-экономические показатели процесса электролиза. Цена 1 т фторида алюминия составляет более 5500 $ при его удельном расходе 22-23 кг на 1 т алюминия-сырца. Для того чтобы достигнуть планового выхода по току, необходимо поддерживать в ванне уровень фтора 10-14%. Фторид алюминия во время электролиза расходуется по четырем основным балансовым статьям: реакция с примесями глинозема, реакции гидролиза, благодаря которым об-

разуется газообразный HF, твердые частицы фторидов, испарение и увлечение в систему газоотсоса твердых частиц А^3 с поверхности расплава. Модель образования фторидов, которую Хаупин и Кванде описывали в своих работах [16-18], показывает содержание фтора (кг F/т А1 или г F/кг А1). Существует две формы выделений фторидов - газообразный HF и твердый фторид которые непрерывно вы-

деляются из расплава во время процесса электролиза. Эти газы удаляются из-под укрытия электролизера в систему ГОУ, а после заданной степени насыщения фторированный глинозем возвращается обратно в электролизер в виде вторичного глинозема. В табл. 2 представлены основные источники образования фторидов [19].

Таблица 1

Предельно допустимая концентрация для фторидов, содержащихся в выбросах от электролизеров Содерберга, мг/м

Table 1

Л

Maximum permissible concentration for fluoride emissions from S0derberg cells, mg/m3

Вещество ПДК, м.р. (максимально разовая) ПДК, с.с. (среднесуточная)

Фтористый водород (в пересчете на F) 0,50 0,10

Соли фтористоводородных кислот в пересчете на F (фториды алюминия, магния, кальция) 2,50 0,50

Источники образования фторидов в электролизерах Содерберга Sources of fluoride formation in S0derberg cells

Таблица 2

Table 2

№ Источники образования фторидов Количество, %

1 Выделение с газами за счет отверстий в корке 12

2 Выделение за счет взаимодействия фтора с водородом анода 14

3 Испарение NaAlF4 8

4 Выделения за счет пыления (вторичные потери) 6

5 А1203 с адсорбированными фторидами и влагой 13

6 Выделения, сорбируемые «сухой» газоочисткой 18

7 Выделение HF за счет взаимодействия фтора с влагой глинозема 8

8 Выделение HF за счет растворенной влаги 6

9 Выделение HF из-за потока воздуха через укрытие 15

Образование HF из водорода в угольном аноде из паров воды является первичным образованием данного соединения (рис. 1). Электролизные газы насыщаются газообразными фторидами (№А1Р4, №2А12Р8, NaF), когда они охлаждаются и конденсируются, летучие компоненты переходят в твердофазное состояние. Влага, которая всегда содержится в глиноземе (внутренняя и внешняя поглощенная) и водород (как компонент влаги) в анодах реагируют с фторидами электролита с образованием фтористого водорода (первичное образование HF). Жидкие капли электролита увлекаются потоком воздуха, остывают и затвердевают, из-за влаги воздуха часть твердых фторидов подвергается гидролизу с образованием фтористого водорода (вторичный HF) [20, 21].

Отходящие газы электролитического производства алюминия в ванных с анодом Содерберга содержат в своем составе вредные для окружающей среды не только газообразные вещества (фтористый водород, диоксид серы, моно- и диоксид углерода), но и также выделения в виде твердых веществ - глиноземной пыли и смоли-стыех веществ, которые необходимо улавливать. В реакторе-адсорбере в режиме аэровзвеси происходит процесс соединения фтористого водорода с глиноземом [22].

4. МЕТОДЫ ИССЛЕДОВАНИЯ

Существующие контрольно-измерительные средства не обеспечивают АСУТП полной информацией о значениях технологических параметров, поскольку автоматическое непрерывное измерение осуществляется только для показателей рабочего напряжения и тока.

Одним из возможных методов обеспечения АСУТП информацией о ходе процесса электролиза является установка в наиболее уязвимых (с точки зрения выбросов газообразных веществ) местах газоанализаторов, регистрирующих изменение состава атмосферного воздуха в цехе вследствие утечек газа и позволяющих вы-

явить факт разгерметизации электролизера без указания причин, ее вызвавших. Системы, основанные на применении индивидуальных средств контроля, требуют наличия большого количества однотипных датчиков, установленных на каждую единицу оборудования, что влечет к повышению трудозатрат по их обслуживанию. Внедрение системы технического зрения является более прогрессивным методом организации регистрации состояния оборудования, поскольку она способна оценивать такие косвенные показатели хода технологического процесса как характер и цвет пламени в горелочном устройстве, наличие пламени, засоренность горелочного устройства, обвал корки, утечка анодных газов через неплотности укрытия [23, 24]. Простейшим способом обеспечения АСУТП информацией является применение светового барьера в качестве регистрирующего устройства. С течением времени увеличивается разница (искажение Б, %) в спектре излучаемого датчиком светового пучка, что свидетельствует о повышении уровня загазованности (С, %) (рис. 2).

Недостатком этого метода является то, что система не фиксирует всех возможных состояний технологического процесса.

Для получения информации предпочтительно использовать комплекс камер технического зрения и выполнять анализ изображений. Метод мониторинга с помощью комплекса камер демонстрирует неоспоримые преимущества и эффективность в обслуживании. На рис. 3 приведена предлагаемая схема автоматизированного мониторинга на участке с электролизерами Содерберга. Система технического зрения осуществляет индивидуальный контроль электролизеров-представителей (К1) и коллективный контроль всех электролизеров серии (К2). Этот метод решает всевозможные задачи визуального контроля по регистрации изменений состояния технологического процесса.

Индивидуальный контроль заключается в оснащении электролизеров-представителей камерами технического зрения и последующей обработке изобра-

Рис. 1. Схема очистки электролизных газов от фторидов Fig. 1. Diagram of electrolysis gas purification from fluorides

Рис. 2. График зависимости искажения спектра пучка датчика от времени при фиксированной концентрации фторидов в потоке газа Fig. 2. Graph of sensor harness spectrum distortion vs time at a fixed concentration of fluorides in the gas flow

жений: распознавание в области интереса объектов «поверхность горелочного устройства», «пылевые отложения», «пламя» и анализ их площади и взаимного расположения. Степень засоренности может быть определена (в %) от площади воздухоза-борной щели горелочного устройства, поскольку объекты «пламя» и «поверхность горелочного устройства» обладают достаточной контрастностью, а площадь возду-хозаборной щели заведомо известна. Характер пламени оценивается как изменение с течением времени площади объекта «пламя». Дополнительным критерием оценки служит сравнение площади этого объекта со значением площади воздухоза-борной щели горелочного устройства: пре-

вышение этого значения сигнализирует о том, что пламя выбивается из воздухоза-борной щели. Оттенок пламени также подлежит анализу: пламя имеет фиолетовый оттенок - технологический процесс протекает без нарушений; пламя белого или желтого оттенка - наблюдается нарушение теплового режима электролизера.

Наличие утечек анодных газов (К2) может быть выявлено посредством попик-сельного сравнения серии изображений с последующим распознаванием областей интереса (потоков газа). На рис. 4 в нижнем ряду показано выявление нестационарной области на изображении, что свидетельствует о фиксации изменения состояния технологического процесса.

Рис. 3. Схема автоматизированного мониторинга на участке электролизеров Содерберга Fig. 3. Diagram of automated monitoring on the site of S0derberg cells

Рис. 4. Попиксельное сравнение изображений: а - отсутствие потока газа; b - наличие потока газа Fig. 4. Pixel-by-pixel image comparison: а -no gas flow; b - gas flow

5. РЕЗУЛЬТАТЫ ИССЛЕДОВАНИЯ

На рис. 5 приведен график средней поглотительной способности фтора, где линия 1 показывает сорбционную способ-

ность при АСУТП с использованием в качестве поглотительного материала КШ, а линия 2 демонстрирует повышение сорбци-онной способности при обычной организации процесса получения алюминия. Как

a

b

видно из рис. 5, степень образования HF на 15% меньше при использовании КШ, чем при традиционном использовании глинозема с его возвратом в электролизер. Необходимый баланс фтора и других компонентов в процессе электролиза обеспечивается за счет использования КШ, что позволяет сократить объемы образования твердых отходов.

Пусковое газосборное укрытие позволяет полностью ликвидировать выбросы вредных веществ в атмосферу, а также уменьшает расход фтористых солей за счет сбора отходящих газов и транспортировки их в системы газоходов и устройства «сухой» газоочистки, что улучшает экологическую обстановку и снижает расходы на пуск электролизеров.

Использование системы автоматизированной очистки от фторидов обеспечивает снижение потерь основного сырья, что

позволяет сократить расходы на заводах производства алюминия только на 2-4%.

Система камер технического зрения заменяет визуальный контроль, осуществляемый периодически обслуживающим персоналом, что дает возможность автоматически регистрировать визуальные признаки, характеризующие ход технологического процесса (табл. 3).

Размер площади удельной поверхности зависит от наличия пор и микротрещин, а также от дефектности кристаллов. Величина ВЕТ тесно связана с другими свойствами глинозема. Высокая удельная поверхность приводит к большой гигроскопичности глинозема и, как следствие, к увеличению образования HF и росту удельного расхода фторида алюминия [25]. Чем выше удельная поверхность, тем лучше адсорбционная способность глинозема.

Рис. 5. График средней поглотительной способности фтора в зависимости от величины удельной поверхности по методу Брунауэра-Эммета-Теллера (BET-поверхности): 1 - при организации процесса

с автоматизированным мониторингом; 2 - при обычной организации процесса Fig. 5. Graph of the average absorptive capacity of fluorine as a function of the specific surface value according to the Brunauer-Emmett-Teller method (BET-surface): 1 - at process organization with automated monitoring;

2 - at normal process organization

Таблица 3

Визуальные признаки и возможность их регистрации

Table 3

_Visual signs and their recording possibility_

Визуальные признаки Состояние технологического процесса Возможность регистрации

Газоанализатор Фотодиод Камера технического зрения

Горелочное устройство наличие пылевых отложений - - +

пламя имеет фиолетовый оттенок технологический процесс без нарушений - + +

пламя имеет желтый или белый оттенок нарушение теплового баланса электролизера - + +

пламя выбивается через воздухозаборные щели нарушения в системе газоотсоса - + +

пламя отсутствует нарушение герметизации - - +

Поверхность электролита утечка газа через неплотности газосборного колокольного укрытия + - +

обвалы корки + - +

6. ЗАКЛЮЧЕНИЕ

В качестве поглотительного материала для фторидов целесообразно использовать красный шлам, который является заменителем глинозема, применяемого в настоящее время.

Использование комплекса камер технического зрения и алгоритмов анализа изображений позволит:

- более полно обеспечивать АСУТП информацией;

- вести технологический процесс

без отклонений и аварийных ситуаций;

- прогнозировать наступление анодного эффекта;

- оценивать состояние горелочных устройств и условия дожигания отходящих газов (наличие пламени, засоренность го-релочного устройства, цвет пламени, характер пламени);

- оперативно оценивать степень герметизации электролизера.

В целом, это позволит получить положительный эколого-экономический эффект.

Библиографический список

1. Буркат В.С. Измерение эмиссии перфторуглеро-дов (CF4, 02Рб) от электролизеров при электролитическом получении алюминия // Цветные металлы. 2014. № 7. С. 49-53.

2. S0rlie М. Temperature Stability of S0derberg Anode Pitch // Light Metals. 2007. Р. 239-247

3. Chase R., Gibson R., Marks J. PFC emissions per-

formance for the global primary aluminium industry // Light Metals. 2005. P. 279-282. 4. Nemchinova N.V., Tyutrin A.A., Somov V.V. Study of Influence of Parameters of Leaching Fluorine from Spent Pot Lining // Materials Science Forum. 2019. Vol. 946. P. 552-557. DOI: https://doi.org/10.4028/ www.scientific.net/MSF.946.552

5. Taylor M.P., Johnson G.L., Andrews E.W., Welch

B.J. The Impact of Anode Cover and Anode Assembly Design on Reduction Cell Performance // Light Metals. 2004. P. 199-206.

6. Бажин В.Ю., Власов А.А., Лупенков А.В. Управление анодным эффектом на алюминиевом электролизере // Металлург. 2011. № 5. С. 89-93.

7. Buzunov V., Mann V., Chichuk E., Frizorger V., Pinaev A., Nikitin E. The First Results of the Industrial Application of the EcoSoderberg Technology at the Krasnoyarsk Aluminium Smelter // Light Metals. 2013. P. 573-576. DOI: 10.1002/9781118663189.ch98

8. Виноградов А.М., Пинаев А.А., Виноградов Д.А., Пузин А.В., Шадрин В.Г., Зорько Н.В., Сомов В.В. Повышение эффективности укрытия электролизеров Содерберга // Известия вузов. Цветная металлургия. 2017. № 1. С. 19-30. DOI: dx.doi.org/10.17073/0021-3438-2017-1-19-30

9. Куликов Б.П. Наилучшие доступные технологии как способ решения экологических задач ОК «РУ-САЛ» // Цветные металлы и минералы-2016: сб. тез. докладов VIII Междунар. конгресса (г. Красноярск, 13-16 сентября 2016 г.). Красноярск, 2017.

C. 100-101.

10. Шахрай С.Г., Коростовенко В.В., Ребрик И.И. Совершенствование систем колокольного газоотсоса на мощных электролизерах Содерберга. Красноярск: Изд-во СФУ, 2010. 145 с.

11. Громыко А.И., Зограф Ф.Г. Повышение достоверности диагностики технологических нарушений процесса электролиза алюминия // Цветные металлы. 2006. № 5. С. 87-89.

12. Трушко В.Л., Утков В.А., Бажин В.Ю. Актуальности и возможности полной переработки красных шламов глиноземного производства // Записки горного института. 2017. Т. 227. С. 547-553. DOI: 10.25515/PMI.2017.5.547

13. Утков В.А. Переработка красных шламов // Ресурсосберегающие и природозащитные технологии в производстве глинозема, алюминия, магния и сопутствующей продукции: материалы Междунар. науч.-практ. конф. (г. Санкт-Петербург, 13-16 октября 2006 г.). Санкт-Петербург, 2006. С. 323-325.

14. Арбузов В.А., Исанова Б.Х., Белякова M.O.

Очистка дымовых газов ТЭЦ от оксидов серы и азота // Литье и металлургия. 2009. № 3 (52). C. 99-103.

15. Сенник А.И., Милюков С.В., Прошкина О.Б. Образование выбросов сероводорода при внешней грануляции доменных шлаков // Вестник Московского государственного технического университета им. Г.Н. Носова. 2008. № 3. С. 75-79.

16. Кванде Х. Минимизация углеродосодержащих выбросов алюминиевых заводов // Цветные металлы и минералы-2017: сб. докладов IX Междунар. конгресса (г. Красноярск, 11-15 сентября 2017 г.). Красноярск, 2017. С. 195-197.

17. Kvande H., Drablos P.A. The Aluminium Smelting Process and Innovative Alternative Technologies // Journal of Occupational and Environmental Medicine. 2014. Vol. 56. Nо. 5. P. 23-32. DOI: 10.1097/J0M.0000000000000062

18. Keller R. Alumina dissolution and sludge formation revised // Light Metals. 2005. P. 147-150.

19. Wang X. Alumina Dissolution in Aluminum Smelting Electrolyte // Light Metals. 2009. P. 383-389.

20. Andrews E.W., Taylor M.P., Johnson G.L., Coad I. The Impact of Anode Cover Control and Anode Assembly Design on Reduction Cell Performance // Light Metals. 2005. Part 2. P. 357-363.

21. Gudmundsson H. Improving anode cover material quality at Nordural - quality tools and measures // Light Metals. 2009. P. 467-472.

22. Slaugenhaupt M.L., Bruggeman J.N., Tarcy G.P., Dando N.R. Effect of open holes in the crust on gaseous flouride evolution from pots // Light Metals. 2003. P. 199-204.

23. Дулдиер А.П. Цветовые характеристики пламени как показатель качества сжигания топлива // Автоматизация судовых технических средств: науч.-техн. c6. Одесса: ОНМА. 2004. Вып. 9. C. 31-36.

24. Tessier J., Duchesne C., Dufour G. Image Analysis for Estimations of Anode Cover Material Composition // Light Metals. 2008. P. 293-298.

25. Vlasov A.A., Sizyakov V.M., Bazhin V.Yu. The modern systems of automatic alumina feeding for aluminum production // Scientific Reports of Resource Germany. 2010. Vol. 3. P. 331-332.

References

1. Burkat V.S. Measurement of perfluorocarbon emissions (CF4, C2F6) from the electrolytic cells in the electrolytic production of aluminum. Cvetnye metally [Non-ferrous Metals], 2014, no. 7, pp. 49-53.

2. S0rlie M. Temperature Stability of S0derberg Anode Pitch. Light Metals, 2007, pp. 239-247.

3. Chase R., Gibson R., Marks J. PFC emissions performance for the global primary aluminium industry. Light Metals, 2005, pp. 279-282.

4. Nemchinova N.V., Tyutrin A.A., Somov V.V. Study of influence of parameters of leaching fluorine from spent pot lining. Materials Science Forum, 2019, vol. 946, pp. 552-557. DOI: https://doi.org/10.4028/www. scien-

tific.net/MSF.946.552.

5. Taylor M.P., Johnson G.L., Andrews E.W., Welch B.J. The impact of anode cover and anode assembly design on reduction cell performance. Light Metals, 2004, pp. 199-206.

6. Bazhin V.Yu., Vlasov A.A., Lupenkov A.V. Control of anode effect at aluminium pot. Metallurg [Metallurgist], 2011, no. 5, pp. 89-93. (In Russ.).

7. Buzunov V., Mann V., Chichuk E., Frizorger V., Pinaev A., Nikitin E. The first results of the industrial application of the EcoSoderberg technology at the Krasnoyarsk Aluminium Smelter. Light Metals, 2013, pp. 573-576. DOI: 10.1002/9781118663189.ch98

8. Vinogradov A.M., Pinaev A.A., Vinogradov D.A., Puzin A.V., Shadrin V.G., Zor'ko N.V., Somov V.V. Increasing covering efficiency of Soderberg cells. Izvesti-ya vysshih uchebnyh zavedenij. Cvetnaya metallurgiya [Proceedings of Higher Schools Nonferrous Metallurgy], 2017, no 1, pp. 19-30. (In Russ.). DOI: dx.doi.org/10.17073/0021-3438-2017-1-19-30

9. Kulikov B.P. Nailuchshie dostupnye tekhnologii kak sposob resheniya ekologicheskih zadach OK «RUSAL» [The best available technologies as a way to solve environmental problems of UC RUSAL]. Sbornik tezisov dokladov VIII mezhdunarodnogo Kongressa "Cvetnye metally i mineraly-2016" [Abstracts of reports of VIII International Congress "Non-ferrous metals and miner-als-2016", Krasnoyarsk, 13-16 September, 2016]. Krasnoyarsk, 2017, pp. 100-101. (In Russ.).

10. Shakhrai S. G., Korostovenko V.V., Rebrik I.I. Sovershenstvovaniye sistem kolokol'nogo gazootsosa na moshchnykh elektrolizerakh Soderberga. [Improving bell gas pump systems on powerful S0derberg cells]. Krasnoyarsk: Siberian Federal University Publ., 2010, 145 p. (In Russ.).

11. Gromyko A. I., Zograf F.G. Increase of reliability of diagnostics of technological deteriorations in aluminium electrolysis process. Tsvetnyye metally [Non-ferrous Metals], 2006, no. 5, pp. 87-89. (In Russ.).

12. Trushko V. L., Utkov V. A., Bazhin V.Yu. Relevance and possibility of complete processing of red slurries of alumina production. Zapiski gornogo instituta. [Journal of Mining Institute], 2017, vol. 227, pp. 547-553. (In Russ.). DOI: 10.25515/PMI.2017.5.547

13. Utkov V.A. Pererabotka krasnyh shlamov [Red mud processing]. Materialy Mezhdunarodnoj nauchno-prakticheskoj konferencii "Resursosberegayushchie i prirodozashchitnye tekhnologii v proizvodstve glino-zema, alyuminiya, magniya i soputstvuyushchej produkciF' [Proceedings of International scientific and practical conference "Resource-saving and environmentally-friendly technologies in the production of alumina, aluminum, magnesium and by-products", Saint Petersburg, 13-16 October 2006]. Saint Petersburg, 2006, pp. 323-325. (In Russ.).

14. Arbuzov V.A., Isanova B.X., Belyakova M.O. Ochistka dymovyh gazov teplovyh elektrocentralej ot oksidov sery i azota [Purification of the heat-electric generating station flue gases of sulfur and nitrogen oxides]. Litiye i metallurgiya. [Foundry Production and Metallurgy], 2009, no. 3 (52), pp. 99-103. (In Russ.).

15. Senik I. A., Milyukov, S. V., Proshkina O. B. Formation of hydrogen sulphide emissions at blast-furnace slag outer granulation. Vestnik moskovskogo gosudar-stvennogo tekhnicheskogo universiteta im. G.N. Noso-va [Vestnik of Nosov Magnitogorsk State Technical University], 2008, no. 3, pp. 75-79. (In Russ.).

16. Kvande H. Minimizaciya uglerodosoderzhashchih vybrosov alyuminievyh zavodov [Minimization of carbon-containing emissions of aluminum plants]. Sbornik dokladov IX Mezhdunarodnogo kongressa "Cvetnye metally i mineraly-2017" [Collected reports of IX International Congress "Non-Ferrous Metals and Minerals 2017", Krasnoyarsk, 11-15 September 2017]. Krasnoyarsk, 2017, pp. 195-197. (In Russ.).

17. Kvande H., Drablos P.A. The aluminium smelting process and innovative alternative technologies. Journal of Occupational and Environmental Medicine, 2014, vol. 56, no. 5, pp. 23-32. DOI: 10.1097/J0M.0000000000000062

18. Keller R. Alumina dissolution and sludge formation revised. Light Metals, 2005, pp. 147-150.

19. Wang X. Alumina dissolution in aluminum smelting electrolyte. Light Metals, 2009, pp. 383-389.

20. Andrews E.W., Taylor M.P., Johnson G.L., Coad I. The impact of anode cover control and anode assembly design on reduction cell performance. Light Metals, 2005, part 2, pp. 357-363.

21. Gudmundsson H. Improving anode cover material quality at Nordural - quality tools and measures. Light Metals, 2009, pp. 467-472.

22. Slaugenhaupt M.L., Bruggeman J.N., Tarcy G.P., Dando N.R. Effect of open holes in the crust on gaseous flouride evolution from pots. Light Metals, 2003. pp. 199-204.

23. Duldier A.P. Cvetovye harakteristiki plameni kak pokazate' kachestva szhiganiya topliva [Color characteristics of flame as a quality indicator of fuel combustion]. Avtomatizaciya sudovyh tekhnicheskih sredstv: nauchno-tekhnicheskij cbornik [Automation of ship technical devices: collected scientific and technical papers]. Odessa: ONMA Publ., 2004, issue 9, pp. 31-36.

24. Tessier J., Duchesne C., Dufour G. Image analysis for estimations of anode cover material composition. Light Metals, 2008, pp. 293-298.

25. Vlasov A.A., Sizyakov V.M., Bazhin V.Yu. The modern systems of automatic alumina feeding for aluminum production. Scientific Reports of Resource Germany, 2010, vol. 3, pp. 331-332.

Критерии авторства

Комарова Т.Ю., Кульчицкий А.А., Лебедев А.Б., Бажин В.Ю. заявляют о равном участии в получении и оформлении научных результатов и в равной мере несут ответственность за плагиат.

Конфликт интересов

Авторы заявляют об отсутствии конфликта интересов.

Authorship criteria

Komarova T.Yu., Kulchitsky A.A., Lebedev A.B., Bazhin V.Yu. declare equal participation in obtaining and formalization of scientific results and bear equal responsibility for plagiarism.

Conflict of interests

The authors declare that there is no conflict of interests regarding the publication of this article.

СВЕДЕНИЯ ОБ АВТОРАХ

INFORMATION ABOUT THE AUTHORS

Комарова Татьяна Юрьевна,

аспирант,

Санкт-Петербургский горный университет 199106, г. Санкт-Петербург, Васильевский о-в, 21-я линия, 2, Россия; e-mail: komaroff.t@yandex.ru

Кульчицкий Александр Александрович,

кандидат технических наук, доцент,

доцент кафедры автоматизации технологических

процессов и производств,

Санкт-Петербургский горный университет

199106, г. Санкт-Петербург, Васильевский о-в,

21-я линия, 2, Россия;

e-mail: doz-ku@rambler.ru

Лебедев Андрей Борисович,

аспирант,

Санкт-Петербургский горный университет 199106, г. Санкт-Петербург, Васильевский о-в, 21-я линия, 2, Россия; М e-mail: 2799957@mail.ru

Бажин Владимир Юрьевич,

доктор технических наук, профессор, заведующий кафедрой автоматизации технологических процессов и производств, декан факультета переработки минерального сырья, Санкт-Петербургский горный университет 199106, г. Санкт-Петербург, Васильевский о-в, 21-я линия, 2, Россия; e-mail: bazhin-alfoil@mail.ru

Tatiana Yu. Komarova,

Postgraduate Student, Saint Petersburg Mining University, 2, 21 Line, Vasilievsky ostrov, Saint Petersburg, 199106, Russia; e-mail: komaroff.t@yandex.ru

Alexander A. Kulchitsky,

Cand. Sci. (Eng.),

Associate Professor of the Department of Automation

of Technological Processes and Production,

Saint Petersburg Mining University,

2, 21 Line, Vasilievsky ostrov, Saint Petersburg,

199106, Russia;

e-mail: doz-ku@rambler.ru

Andrei B. Lebedev,

Postgraduate,

Saint Petersburg Mining University, 2, 21 Line, Vasilievsky ostrov, Saint Petersburg, 199106, Russia; M e-mail: 2799957@mail.ru

Vladimir Yu. Bazhin, Dr. Sci. (Eng.), Professor,

Head of the Department of Automation of Technological

Processes and Production,

Dean of the Faculty of Mineral Processing,

Saint Petersburg Mining University,

2, 21 Line, Vasilievsky ostrov, Saint Petersburg,

199106, Russia;

e-mail: bazhin-alfoil@mail.ru