Получение аллюминия

Основными источниками пылеобразования  являются приемные склады сыпучих материалов (нефелина, боксита), дробление и обжиг известняка, спекание, кальцинация глинозема и его переработка на складах готовой продукции. Сернистые соединения выбрасывают при обжиге и восстановлении алунита и в сернокислотном производстве.

Наиболее загрязнены пылью  газы печей кальцинации глинозема (200-700 г/м³), печей спекания (40-150 г/м³) и обжига извести (5 г/м³).

В основном для очистки  газов, отходящих от печей спекания, применяют двухступенчатую схему: батарейные циклоны и четырехпольные сухие электрофильтры типа УГ со скоростью движения газов в электрическом поле 1,3 м/с. При общем КПД очистки 99-99,9% в очищенных газах содержится пыли 0,1—0 2 г/м³ .

Газы печей кальцинации  глинозема при температуре около 300° очищаются сначала в батарейных циклонах с разным диаметром элементов, а далее в четырехпольных сухих горизонтальных электрофильтрах типа УГ со скоростью движения газов в электрическом поле 1,0—1,2 м/с. Дымососы устанавливают в конце системы или перед электрофильтрами. Обычно батарейные циклоны монтируют над печами, и уловленная в них пыль самотеком возвращается в печь. Пыль, уловленная в электрофильтрах, возвращается в печь низконапорным пневмотранспортом. Суммарная степень улавливания пыли во всей установке больше 99,5%; запыленность очищенных газов равна 0,1—0,3 г/м³ .

Для очистки газов известковообжиговых печей применяют двухступенчатую схему: циклоны и горизонтальные четырехпольные электрофильтры. При применении этой схемы запыленность очищенных газов составляет около 0,2 г/м³ .

Аспирационные газы узлов  пересыпки и дробления спека  очищают в одну ступень в горизонтальных электрофильтрах типа УГ со скоростью движения газов в электрическом поле до 0,7 м/с.

 

4.2 Красные шламы

 

При производстве глинозема по методу Байера в качестве побочного продукта образуется красный бокситовый шлам – густая суспензия из не растворимых в воде силикатов, алюмосиликатов и окислов металлов. На каждую тонну полученного оксида алюминия приходится в среднем от 360 до 800 кг шлама.

 Из-за отсутствия эффективных  технологий переработки шлам  сегодня в большинстве случаев  просто складируют на изолированных  территориях – шламохранилищах.  Площадь одного такого шламохранилища  составляет обычно 100-200 га, что практически  равно территории глиноземного завода. Несмотря на то, что шламохранилища обустраивают таким образом, чтобы содержащиеся в отходах щелочи не могли проникнуть в грунтовые воды, они в любом случае представляют угрозу как для окружающей среды, так как шламы в них подвержены пылению.

После выработки своего потенциала территории шламохранилища, как правило, возвращают свой первоначальный вид. Для  этого его покрывают песком, золой  или дерном и сажают определенные виды деревьев и трав. Однако до полного  восстановления должно пройти несколько несколько десятков лет.

 Несмотря на устоявшийся  стереотип, многие специалисты  сегодня не считают красный  шлам отходом, так как он  содержит значительное количество железа и алюминия, и может служить сырьем для получения различных продуктов. В частности, его используют в цементной промышленности, а также в производстве стройматериалов и керамических изделий. Однако пока лишь немногие из этих вариантов реализуются на практике. Основная сложность заключается в необходимости транспортировать опасные шламы на большие расстояния к производителям. Поэтому их использование зачастую целесообразно лишь в непосредственной близости от шламоотвалов.

 Одними из первых осуществить  комплексную переработку шламов  глиноземного производства попытались  еще в 1982 году советские ученые  Н.С. Шморгуненко и В.И. Корнеев.  Предлагаемый учеными способ  включал в себя получение смеси  красного шлама и известкового  компонента с последующей термической  обработкой при 1200 °С с использованием восстановителя – кокса. В результате получался железосодержащий продукт в виде отдельных несвязных частиц, который отделялся магнитной сепарацией, и шлам. Полученный шлам смешивали с известковым компонентом и содой и вновь подвергали термической обработке при температуре 1000 °С. В результате выщелачивания спека можно было получить глинозем и цемент.

 Однако данный способ имеет  ряд значительных недостатков,  что не позволило применять  его на действующих алюминиевых  производствах. Среди основных  недостатков стоит выделить двойное  проведение операции обжига, а  также необходимость практически  дублировать основное производство (так как операция выщелачивания  смеси, содержащей отходы глиноземного  производства, аппаратурно мало  отличается от операции по  выщелачиванию основного сырья  – бокситов), что требует больших  материальных затрат.

 Естественно, до настоящего  времени было изобретено и  запатентовано много других способов  утилизации красного шлама. Среди  них особого внимания заслуживает плавильный агрегат «МАГМА» позволяющий организовать полностью безотходный процесс утилизации красных шламов (Рисунок 4.1).

 

 

Рисунок 4.1 – Схема переработки красных шламов

 

 Плавильный агрегат используется  для пирометаллургической переработки  красных шламов методом жидкофазного  восстановления оксидов железа  углеродом по одностадийной схеме  либо двухстадийным процессом  в сочетании с дуговой электропечью.

 Для сушки исходных красных  шламов используется тепло, снимаемое  с корпуса агрегата жидкометаллическим  теплоносителем.

 Загружаемый в агрегат подсушенный  шлам проплавляется в жидкой  шлаковой ванне. Содержащиеся  в красном шламе оксиды железа  восстанавливают углеродом (углем), загружаемым на поверхность расплава. Восстановленное железо в виде  чугуна оседает на подине агрегата. Состав переплавленного и восстановленного  шлака корректируется добавками  флюсов исходя из схемы дальнейшего  его использования.

 При одностадийном процессе  переработки красного шлама получаемыми  продуктами являются чугун, сырье  для дополнительного извлечения  глинозема или клинкер для  получения глиноземистого цемента.  При двухстадийном процессе, кроме  перечисленных продуктов, возможно  получение ферросилиция.

 Переработка красных шламов данным способом является полностью безотходным процессом, так как уловленная в газоочистке пыль возвращается (вдувается) инжекторами в плавильную камеру агрегата, в шлаковый расплав.

 Производительность такого  агрегата по переработке осушенного  до влажности 15% красного шлама  составляет 250-380 тыс. т в год.  Из 1 тонны переработанного красного  шлама производится до 350 кг чугуна  и до 500 кг глиноземистого клинкера.

 Тем не менее, все известные  на сегодня способы утилизации  красного шлама является достаточно  затратными, и их внедрение не  могут себе позволить большинство  алюминиевых заводов. Рекультивация  остается наиболее простым решением  проблемы отходов.

 

 

 

 

 

 

 

ВЫВОДЫ

 

Потребность алюминия в мире неуклонно растет. Благодаря своим конструкционным и эксплутационным качествам использование его увеличивается во всех отраслях мировой экономики. Сегодня спектр применения алюминия это машиностроение, аэрокосмический комплекс, производство упаковки и тары, судостроение, промышленное и гражданское строительство.

 Для удовлетворения  потребности в алюминии необходимо расширение производства глинозема. Это можно организовать за счет усовершенствования существующих методов его производства. Т. е. необходимо использовать не только бокситы, но и менее качественное сырье, например отходы горнодобывающей промышленности, имеющие в своем составе алюминиевые руды. Использование таких отходов позволит не только сэкономить природные ресурсы, но и избавиться от залежей отходов. Также необходимо комплексно использовать исходное сырье: помимо кремнезема получать еще и другие попутные продукты – оксиды металлов, удобрения, цементы и прочее.

Для уменьшения загрязнения  окружающей среды необходимо ввести следующие мероприятия:

• Усовершенствовать технологию производства (комбинировать процессы, заменить устаревшее оборудование);
• При кислотном и щелочном методах проводить регенерацию соответствующих реагентов;
• Использовать герметичные бункера для предотвращения пыления шихтовых материалов и эффективные газоочистные установки (электрофильтры и рукавные фильтры);
• Ввести в производство процесс переработки красных шламов.

 

 

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

 

1. Финин Д. В., Кравченя  М. А., Печерская Т. Д., Панов  А. В. современные требования к качеству металлургического глинозема// Алюминий Сибири-2006: сб.науч.ст. – Красноярск, 2006. – С. 247–249.

2. Лайнер А. И., Еремин Н. И. и др. Производство глинозема. –М: Металлургия, 1978.–344 с.

3. Беляев А. И. Металлургия легких металлов. – М.: Металлургия, 1970. – 366 с.

4. Абрамов В. Я. Физико-химические основы комплексной переработки алюминиевого сырья (щелочные способы)/В. Я. Абрамов, Г. Д. Стельмакова, И. В. Николаев. М.: Металлургия, 1985. 287 с.

5. Экологически чистые и экономически выгодные способы утилизации отходов металлургического производства Урала. Ю.А. Гудим, А.А. Голубев // Охрана природы Южного Урала. Областной экологический альманах. 2008.

6. Еремин И. Н. Процессы и аппаратура глиноземного производства, М.: Металлургия, 1980.