ПРОИЗВОДСТВО АЛЮМИНИЯ (ИТС 11-2022)

Содержание

Введение

Принятые основные сокращения

VII

Предисловие

VIII

Область применения

Раздел 1. Общая информация о рассматриваемой отрасли

промышленности и отраслевой проблеме

1.1 Общие сведения

1.1.1 Алюминий

1.1.2 Кремний

1.2 Сырье и материалы, использующиеся при производстве алюминия

1.2.1 Основное сырье при производстве первичного алюминия

1.2.2 Основное сырье для производства технического кремния

1.2.2.1 Кремнезем содержащие материалы

1.3 Анализ приоритетных проблем отрасли

1.3.1 Анализ приоритетных проблем при производстве алюминия

1.3.2 Анализ приоритетных проблем при производстве кремния

Раздел 2. Описание технологических процессов, применяемых в

алюминиевой промышленности

2.1 Производство глинозема

2.2 Производство анодов и анодной массы

2.2.1 Производство анодной массы

2.2.2 Производство анодов

2.3 Производство первичного алюминия

2.3.1 Виды электролизеров и технологий электролиза

2.4 Литейное производство

2.5 Производство технического кремния

ЭОЦН-8200/10 - 69У3

2.6 Основные мероприятия по снижению расхода сырья и

электроэнергии

2.6.1 Мероприятия при производстве первичного алюминия

2.6.2 Мероприятия при производстве кремния

2.7 Система экологического менеджмента

2.8 Производственный экологический контроль

Раздел 3. Текущие уровни потребления и эмиссии в окружающую среду

3.1 Производство глинозема

3.1.1 Расход сырья, материалов и электроэнергии

3.1.2 Характеристика эмиссий

3.2 Производство анодов и анодной массы

3.3 Производство первичного алюминия

3.3.1 Расход сырья, материалов и электроэнергии

3.3.2 Характеристика эмиссий

3.4 Литейное производство

108

3.5 Производство технического кремния

108

3.5.1 Расход сырья, материалов и электроэнергии

108

3.5.2 Характеристика эмиссий

109

Раздел 4. Определение наилучших доступных технологий

112

4.1 Производство глинозема

112

4.1.1 Производство глинозема из бокситов по комбинированному

способу (параллельная схема Байер-спекания)

112

4.1.2 Производство глинозема по способу спекания нефелинов

113

4.2 Анодное производство

114

4.2.1 Производство анодной массы для самообжигающихся анодов

115

4.2.2 Производство обожженных анодов

116

4.3 Производство первичного алюминия

117

4.3.1 Электролиз в электролизерах с предварительно обожженными

анодами

119

4.3.2 Электролиз в электролизерах Содерберга с боковым подводом

тока к аноду (БТ) и шторными укрытиями

122

4.3.3 Электролиз в электролизерах с верхним подводом тока к аноду

(ВТ) по технологии «Экологический Содерберг» («ЭкоСодерберг»)

123

4.3.4 Электролиз в электролизерах с верхним подводом тока к аноду

(ВТ) с использованием производственных систем

125

4.4 Производство по выпуску алюминия и его сплавов с применением

автоматизированных литейных линий

127

4.5 Описание технологии производства технического кремния

128

Раздел 5. Наилучшие доступные технологии

129

5.1. Производство глинозема

129

III

5.2. Производство анодов и анодной массы

130

5.3. Производство первичного алюминия

132

5.4. Литейное производство

136

5.5. Производство технического кремния

136

Раздел 6. Экономические аспекты реализации наилучших доступных

технологий

138

6.1 Производство первичного алюминия

138

6.2 Производство кремния

141

Раздел 7. Перспективные технологии

143

7.1 Перспективные направления в производстве алюминия

143

7.2 Перспективные направления в производстве глинозема

144

7.3 Перспективные технологии при производстве кремния

144

Раздел 8. Производство вторичного алюминия

146

8.1 Воздействие на окружающую среду

146

8.1.1 Сырье и материалы, использующиеся при производстве

вторичного алюминия

147

8.1.2 Анализ приоритетных проблем отрасли

149

8.2 Описание технологических процессов при производстве вторичного

алюминия

151

8.2.1 Технологические схемы переработки лома и отходов алюминия

154

8.2.1.1 Измельчение

154

8.2.1.2 Классификация для сортировки

159

8.2.1.3 Технологические линии для механического обогащения

163

8.2.1.4 Технологическая линия для переработки лома

163

8.2.1.5 Технологическая линия для обработки шлака

165

8.2.2 Технологическая линия для обработки стружки

167

8.2.2.1 Извлечение металла при плавке стружки

173

8.2.2.2 Удаление покрытия

173

8.2.3 Производство вторичного алюминия

174

8.3 Текущие уровни потребления ресурсов и эмиссий в окружающую

среду

189

8.3.1 Производство вторичного алюминия

189

8.3.1.1 Расход сырья, материалов и электроэнергии

189

8.3.1.2 Неорганизованные выбросы

189

8.3.1.3 Выбросы органических соединений

189

8.4 Перечень наилучших доступных технологий для производства

вторичного алюминия

194

8.4.1 Системы экологического менеджмента (СЭМ)

194

8.4.2 Контроль технологических процессов и мониторинг эмиссий

194

8.5 Перспективные технологии

198

8.5.1 Перспективные направления в сортировке и подготовке

алюминиевого вторичного сырья для переработки

198

8.5.2 Перспективное направление в производстве вторичного

алюминия

198

Заключительные положения и рекомендации

200

Приложение А (обязательное) Перечни маркерных веществ и

технологических показателей для производства алюминия

202

Приложение Б (обязательное) Энергоэффективность

206

Приложение В (обязательное) Перечень НДТ для производства

первичного алюминия

212

Приложение Г (обязательное) Перечень НДТ для производства

вторичного алюминия

213

Приложение Д (обязательное) Индикативные показатели удельных

выбросов парниковых газов

214

Приложение Е Заключение по наилучшим доступным технологиям

«Производство алюминия»

238

Библиография

259

Введение

Настоящий справочник НДТ представляет собой документ по стандартизации,

разработанный в результате анализа технологических, технических и управленческих

решений, применяемых при производстве первичного и вторичного алюминия, а также

при производстве технического кремния.

Справочник НДТ разработан взамен ИТС 11-2019 «Производство алюминия»

соответствии с распоряжением Правительства Российской Федерации от 10 июня 2022

г. № 1537-р «Об утверждении поэтапного графика актуализации информационно-

технических справочников по наилучшим доступным технологиям».

Настоящий справочник содержит информацию:

- об области его применения;

- об отрасли алюминиевой промышленности в Российской Федерации;

- о технологических процессах, применяемых в настоящее время в алюминие-

вой промышленности в Российской Федерации;

- о текущих уровнях эмиссий в окружающую среду на предприятиях алюминие-

вой промышленности в Российской Федерации;

- о наилучших доступных технологиях в алюминиевой промышленности Россий-

ской Федерации;

- о перспективных технологиях;

- об индикативных показателях удельных выбросов парниковых газов.

Основными законодательными документами, использовавшимися при разработ-

ке справочника, являются:

- Федеральный закон от 10 января 2002 г. № 7-ФЗ «Об охране окружающей сре-

ды»;

- Федеральный закон от 4 мая 1999 г. № 96-ФЗ «Об охране атмосферного возду-

ха»;

- Федеральный закон от 24 июня 1998 г. № 89-ФЗ «Об отходах производства и

потребления»;

- Постановление Правительства РФ от 23 декабря 2014 г. № 1458 «О порядке

определения технологии в качестве наилучшей доступной технологии, а также разра-

ботки, актуализации и опубликования информационно-технических справочников по

наилучшим доступным технологиям».

Принятые основные сокращения

АГК - Ачинский глиноземный комбинат (ОАО «РУСАЛ Ачинск»)

АПГ - автоматическая подача глинозема

АСУТП - автоматизированная система управления технологическим процессом

БАЗ - Богословский алюминиевый завод (филиал ОАО «СУАЛ» «БАЗ-СУАЛ»)

БрАЗ - Братский алюминиевый завод (ОАО «РУСАЛ Братск»)

БТ - боковой токоподвод

ВТ - верхний токоподвод

ГВС - газовоздушная смесь

ГОУ - газоочистная установка

ЗВ - загрязняющие вещества

ИркАЗ - Иркутский алюминиевый завод (филиал ОАО «РУСАЛ Братск»

в г. Шелехове)

КАЗ - Кандалакшский алюминиевый завод (филиал ОАО «СУАЛ» «КАЗ-СУАЛ»)

КПД - коэффициент полезного действия

КПИ - коэффициент полезного использования

КрАЗ - Красноярский алюминиевый завод (ОАО «РУСАЛ Красноярск»)

НДТ - наилучшая доступная технология

НкАЗ - Новокузнецкий алюминиевый завод (ОАО «РУСАЛ Новокузнецк»)

ОА - обожженные аноды

ПГ - парниковые газы

ПОА - предварительно обожженные аноды

ПЭК - производственный экологический контроль

КШ - АО «Кремний» г. Шелехов

РКУ - ООО «РУСАЛ Кремний Урал»

РТП - рудотермическая печь

РКО - рудовосстановительная, круглая, открытая печь

САЗ - Саяногорский алюминиевый завод (АО «РУСАЛ Саяногорск»)

УАЗ - Уральский алюминиевый завод (филиал ОАО «СУАЛ» «УАЗ-СУАЛ»)

УВ - удельные выбросы

ХАЗ - Хакасский алюминиевый завод (ООО «ХАЗ»)

ЦРГ - централизованная раздача глинозема

ЭкоСодерберг - Экологический Содерберг

VII

Предисловие

Цели, основные принципы и порядок разработки справочника установлены

Постановлением Правительства Российской Федерации от 23 декабря 2014 г. № 1458

«О порядке определения технологии в качестве наилучшей доступной технологии,

а также разработки, актуализации и опубликования информационно-технических спра-

вочников по наилучшим доступным технологиям».

Статус документа

Настоящий информационно-технический справочник по наилучшим доступным

технологиям (далее - справочник) является документом по стандартизации.

Информация о разработчиках

Справочник разработан технической рабочей группой № 11 «Производство алю-

миния», созданной приказом Росстандарта от 21 июля 2019 г. № 2171 и актуализиро-

ван экспертной группой 11 «Производство алюминия», состав которой утвержден при-

казом Аналитического центра устойчивого развития промышленности Минпромторга

России от 21 февраля 2022 г. № 106 АЦ.

Перечень организаций и их представителей, принимавших участие в разработке

справочника, приведен в разделе «Заключительные положения и рекомендации».

Справочник представлен на утверждение Бюро наилучших доступных техноло-

гий (Бюро НДТ) (www.burondt.ru).

Краткая характеристика

Справочник содержит описание применяемых при производстве алюминия

(первичного и вторичного), а также при производстве технического кремния технологи-

ческих процессов, оборудования, технических способов, методов, в том числе позво-

ляющих снизить негативное воздействие на окружающую среду, водопотребление, по-

высить энергоэффективность, ресурсосбережение. Среди описанных технологических

процессов, оборудования, технических способов, методов определены решения, явля-

ющиеся наилучшими доступными технологиями (НДТ). Для НДТ в справочнике уста-

новлены технологические показатели.

Взаимосвязь с международными, региональными аналогами

Справочник разработан на основе справочника Европейского союза по наилуч-

шим доступным технологиям «Наилучшие доступные технологии (НДТ). Справочный

документ для промышленности цветных металлов» (Best Available Techniques (BAT)

Reference Document for the Non-Ferrous Metals Industries) с учетом особенностей произ-

водства алюминия в Российской Федерации.

Сбор данных

Информация о технологических процессах, оборудовании, технических спосо-

бах, методах, применяемых при производстве алюминия в Российской Федерации, бы-

VIII

ла собрана в процессе разработки справочника в соответствии с Порядком сбора дан-

ных, необходимых для разработки информационно-технического справочника

по наилучшим доступным технологиям и анализа приоритетных проблем отрасли,

утвержденным приказом Минпромторга России от 18 апреля 2017 г. № 1234.

Взаимосвязь с другими справочниками НДТ

Взаимосвязь настоящего справочника НДТ с другими справочниками НДТ приве-

дена в разделе «Область применения».

Информация об утверждении, опубликовании и введении в действие

Справочник утвержден приказом Росстандарта от 16 декабря 2022 г. №3197.

Справочник введен в действие с 1 января 2023 г., официально опубликован в

информационной системе общего пользования - на официальном сайте Федерального

агентства по техническому регулированию и метрологии в сети Интернет (www.gost.ru).

ИНФОРМАЦИОННО-ТЕХНИЧЕСКИЙ СПРАВОЧНИК

ПО НАИЛУЧШИМ ДОСТУПНЫМ ТЕХНОЛОГИЯМ

ПРОИЗВОДСТВО АЛЮМИНИЯ

Aluminium production

Дата введения -2023-01-01

Область применения

Справочник распространяется на следующие основные виды деятельности:

- производство глинозема;

- производство первичного алюминия;

- производство анодов и анодной массы;

- литейное производство (производство товарной продукции из алюминия-сырца

и алюминиевых сплавов);

- производство технического кремния;

- процессы подготовки вторичного алюминиевого сырья для переработки;

- процессы производства вторичного алюминия.

Справочник также распространяется на процессы, связанные с основными ви-

дами деятельности, которые могут оказать влияние на объемы эмиссий или масштабы

загрязнения окружающей среды:

- хранение и подготовка сырья, топлива, продукции;

- производственные процессы;

- методы предотвращения и сокращения эмиссий и образования отходов.

Справочник не распространяется на:

- деятельность, связанную с добычей и обогащением руд цветных металлов;

- блоки вспомогательных и подсобных производств (ремонтные, автотранспорт-

ные, железнодорожные, монтажные и т. п.);

- вопросы, касающиеся исключительно обеспечения промышленной безопасно-

сти или охраны труда.

Вопросы охраны труда рассматриваются частично и только в тех случаях, когда

оказывают влияние на виды деятельности, включенные в область применения настоя-

щего справочника.

Дополнительные виды деятельности при производстве алюминия и соответ-

ствующие им справочники НДТ (названия справочников НДТ даны в редакции распо-

ряжения правительства Российской Федерации от 31 октября 2014 года № 2178-р)

приведены в таблице 1.

Таблица 1 - Дополнительные виды деятельности при производстве алюминия и соот-

ветствующие им справочники НДТ

Вид деятельности

Соответствующий справочник НДТ

Методы очистки сточных вод, направленные

Очистка сточных вод при производстве про-

на сокращение сбросов металлов в водные

дукции (товаров), выполнении работ и оказа-

объекты

нии услуг на крупных предприятиях

Промышленные системы охлаждения,

например, градирни, пластинчатые теплооб-

Промышленные системы охлаждения

менники

Сокращение выбросов загрязняющих ве-

Хранение и обработка материалов

ществ, сбросов загрязняющих веществ при

хранении и складировании товаров (грузов)

Обезвреживание отходов термическим спо-

собом (сжигание отходов)

Обращение с отходами

Захоронение отходов производства и по-

требления

Выработка пара и электроэнергии на тепло-

Сжигание топлива на крупных установках в

вых станциях

целях производства энергии

Общие принципы производственного эколо-

Вопросы производственно-экологического

гического контроля и его метрологического

контроля

обеспечения

Сфера распространения справочника приведена в таблице 2.

Таблица 2 - Сфера распространения ИТС НДТ

Наименование продукции

Наименование вида

ОКПД 2

ОКВЭД 2

по ОК 034-2014 (ОКПД)

деятельности по ОКВЭД 2

Производство металлургическое

Металлы основные драгоценные

Производство основных драго-

и цветные прочие; топливо

ценных металлов и прочих цвет-

24.4

ядерное переработанное

ных металлов, производство

ядерного топлива

24.42

Алюминий

Производство алюминия

24.42

Алюминий необработанный; ок-

24.42.1

сид алюминия (глинозем)

24.42.11

Алюминий необработанный

24.42.11.110

Алюминий первичный

Сплавы на основе первичного

24.42.11.120

алюминия

Оксид алюминия (глинозем),

24.42.12

кроме искусственного корунда

Оксид алюминия (глинозем),

24.42.12.000

кроме искусственного корунда

Раздел 1. Общая информация о рассматриваемой отрасли

промышленности и отраслевой проблеме

1.1 Общие сведения

1.1.1 Алюминий

Алюминий - химический элемент III группы периодической системы элементов

Д. И. Менделеева, легкий и пластичный металл матово-серебристого цвета. Вслед-

ствие высокой химической активности алюминий в природе находится только в связан-

ном виде.

Плотность (при нормальных условиях) -

2,69 г/см³, электропроводность -

37 × 10⁶ См/м.

Уникальные свойства алюминия:

- на воздухе моментально образует оксидную защитную пленку, которая способ-

ствует высокой коррозионной стойкости металла;

- низкая плотность при высокой прочности;

- неизменность свойств при низких температурах.

Алюминий обладает амфотерными свойствами, т. е., реагируя с кислотами, об-

разует соответствующие соли, а при взаимодействии с щелочами - алюминаты. Эта

особенность существенно расширяет возможности извлечения алюминия из руд раз-

личного состава. Алюминий растворяется в серной и соляной кислотах, а также в ще-

лочах, но концентрированная азотная и органическая кислоты на алюминий

не действуют.

Механические свойства алюминия в значительной степени зависят от

количества примесей в алюминии, его предварительной механической обработки и

температуры. С увеличением содержания примесей прочностные свойства алюминия

растут, а пластичные снижаются, причем эти свойства проявляются даже при

изменении чистоты алюминия от 99,5 до 99,0 %.

Благодаря таким свойствам, как малая плотность, высокая теплопроводность,

низкое электрическое сопротивление, высокая пластичность, коррозионная стойкость,

алюминий получил исключительно широкое распространение в различных отраслях

современной техники и играет важнейшую роль среди всех цветных металлов.

Чистый технический алюминий используется в электротехнике в качестве

проводникового материала и для производства фольги. Основная часть алюминия

применяется в виде литейных и деформируемых сплавов и сравнительно небольшое

количество алюминия - в виде порошков.

К основным областям применения алюминия и его сплавов относятся аэрокос-

мическая промышленность, строительство, высокоскоростной железнодорожный и

водный транспорт, автомобилестроение (корпуса двигателей, кузовные детали и

трансмиссия), электротехника, машины и турбинная техника, упаковка пищевых про-

дуктов и напитков, криотехника, пиротехника и ракетное топливо, пищевая промыш-

ленность.

Практически единственным методом получения металлического алюминия явля-

ется электролиз криолитоглиноземного расплава. Основное сырье для этого процес-

са - глинозем (Al2O3) - получают различными гидрохимическими методами путем пе-

реработки минералов, содержащих соединения алюминия.

Современное получение алюминия осуществляется путем электролитического

разложения глинозема (Al2O3), растворенного в электролите (расплавленный криолит

(Na3AlF6)). Технологический процесс осуществляется при 950-965 °C в электролизных

ваннах (электролизерах). В целом процесс разложения глинозема в электролизерах

можно представить в виде формул:

Al2O3 + 1,5C ↔ 2Al + 1,5CO2,

Al2O3 + 3C ↔ 2Al + 3CO.

Суммарную реакцию можно записать в виде

Al2O3 + xC = 2Al + (3 - x)CO2 + (2x - 3)CO

или представить ее как сумму трех реакций:

Al2O3 ↔ 2Al + 1,5O2,

C + O2 ↔ CO2,

C + 0,5O2 ↔ CO.

Основным исходным сырьем криолит-глиноземного расплава являются глинозем

(Al2O3), фтористый алюминий (AlF3) и криолит (Na3AlF6). Кроме того, в электролите все-

гда присутствует фтористый кальций (CaF2), снижающий температуру кристаллизации

электролита, что позволяет проводить процесс электролиза при более низкой темпе-

ратуре.

Технологический процесс в алюминиевом электролизере - сложный комплекс

взаимосвязанных химических, физико-химических и физических процессов.

При электролизе на катоде выделяется алюминий, а на аноде - кислород. Алю-

миний, обладающий большей плотностью, чем исходный расплав, собирается на дне

электролизера, откуда его периодически извлекают.

Рентабельность производства алюминия определяется доступностью и ценой

электроэнергии, наличием сырьевых компонентов и их качеством.

В таблице 1.1 представлены действующие в Российской Федерации предприятия

алюминиевой промышленности, год ввода в эксплуатацию, производительность и при-

меняемые технологии электролиза. Их географическое расположение представлено на

рисунке 1.2.

Таблица 1.1

- Перечень предприятий алюминиевой промышленности Российской

Федерации

Год ввода

Завод

Место расположения

в эксплуатацию

КАЗ

Мурманская область,

1951

«РУСАЛ Кандалакша»

г. Кандалакша

НкАЗ

Кемеровская область,

1943

АО «РУСАЛ Новокузнецк»

г. Новокузнецк

КрАЗ

Красноярский край,

1964

АО «РУСАЛ Красноярск»

г. Красноярск

Окончание таблицы 1.1

Год ввода

Завод

Место расположения

в эксплуатацию

БрАЗ

Иркутская область, г. Братск

1966

ПАО «РУСАЛ Братск»

САЗ

Республика Хакасия,

1985, 2006

АО «РУСАЛ Саяногорск»

г. Саяногорск

ИркАЗ

Филиал ПАО «РУСАЛ Братск» в

Иркутская область, г. Шелехов

1960

г. Шелехове

ВгАЗ

г. Волгоград

1959

«РУСАЛ Волгоград»

БоАЗ

Красноярский край, Богучан-

2015

ЗАО «Богучанский алюминиевый завод»

ский район

АГК

Красноярский край, г. Ачинск

1970

АО «РУСАЛ Ачинск»

Пикалевский глиноземный завод («Базэл

Ленинградская область,

1959

Цемент Пикалево»)

г. Пикалево

БАЗ¹

Свердловская область,

1943

«РУСАЛ Краснотурьинск»

г. Краснотурьинск

УАЗ²

Свердловская область,

1939

«РУСАЛ Каменск-Уральский»

г. Каменск-Уральский

1.1.2 Кремний

Кремний - химический элемент с порядковым номером 14 третьего периода

главной подгруппы IV группы периодической системы элементов Д. И. Менделеева.

Кремний - металлоид темно-серого цвета, обладающий обычно металлическим

блеском, твердый и хрупкий. Плотность (при нормальных условиях) - 2,33 г/см³, темпе-

ратура плавления - 1414 ℃; электропроводность - 37 × 10⁶См/м. Известен также

аморфный кремний - бурый тонкодисперсный порошок. Элементарный кремний

(в аморфном состоянии) впервые получен в 1823 году шведским ученым Берцелиусом,

а в кристаллическом виде - французским химиком Сент-Клер Девилем в 1855 году.

Содержание кремния в земной коре составляет 27,6 %. Кремний входит в состав

большинства горных пород; главные минералы - кремнезем и силикаты.

При обычных условиях кремний инертен и стоек к химическим воздействиям.

С простыми веществами (кроме фтора) взаимодействует лишь при нагревании,

проявляя чаще всего восстановительные свойства.

Основная масса выплавляемого кремния предназначена для металлургического

производства, главным образом производства алюминиевых сплавов - силуминов.

Широко известны также кремнистые бронзы - кремнистые сплавы на основе меди,

в которых присутствие кремния увеличивает прочность, уменьшает пористость за счёт

повышенной текучести, что способствует получению плотных отливок. В деталях, ра-

¹ В 2015 году начата реализация проекта по увеличению мощности производства.

² В 2015 году начата реализация проекта по увеличению мощности производства.

ботающих на трение при средних нагрузках и скоростях, кремнистые бронзы со свин-

цом не уступают оловянно-фосфористой бронзе. Бронзы с кремнием и марганцем об-

ладают хорошей коррозионной стойкостью.

Кремний высокой чистоты является типичным полупроводником и представляет

исключительный интерес для современной электроники и солнечной энергетики.

Широк диапазон использования кремнийорганических соединений. В них удалось

объединить два антипода: кремний - важнейший элемент неорганического мира

и углерод, являющийся основой живого. Поэтому полимерные кремнийорганические

соединения обладают тепловой и химической устойчивостью в сочетании с эластично-

стью и растворимостью.

На основе кремнийорганических соединений изготавливают термостойкие сма-

зочные масла, жидкие диэлектрики, лаки, эмали, каучуки, пластмассы, стеклопластики,

обладающие наряду с повышенной тепловой и химической стойкостью отличными

электроизоляционными свойствами. Кремнийорганические соединения являются осно-

вой многих эффективнейших сорбентов, катализаторов, пеногасителей и многих других

ценных химических продуктов и материалов.

Примерная структура потребления металлургического (кристаллического) крем-

ния следующая: для производства сплавов используется около 70 % от общего произ-

водства; в химической промышленности - около 15 %; для изготовления полупровод-

никовой техники - 5-7 %; в машиностроении - остальное.

Основным производителем технического кремния в мире (около 65 % от общего

выпуска) является Китай. Также в значительных объемах кремний производят Брази-

лия, США, Норвегия, Франция.

Для производства технического (кристаллического, металлургического) кремния

в отечественной и зарубежной промышленности применяется карботермический ме-

тод, в основе которого лежит процесс восстановления кремния из кремнезема углеро-

дом в электродуговых печах различной мощности.

Процесс карботермического восстановления кремния обычно описывается

обобщенным балансовым уравнением:

SiO2 + 2C = Si + 2CO

Теоретическая температура начала взаимодействия диоксида кремния с углеро-

дом равна 1554 ºС. Заметный сдвиг равновесия в этой реакции в сторону восстановле-

ния кремнезема начинается с 1600 ºС. Взаимодействие кремнезема с углеродом ин-

тенсивно протекает при температуре более 1670 ºС. Фактическое восстановление

кремнезема углеродом происходит с образованием промежуточных продуктов.

SiO2(ж) + Cт = SiOг + COг

(1)

½ SiOг + Cт = ½ SiC + ½ COг

(2)

½ SiOг = ¼ Si + ¼ SiO2

(3)

¼ SiO2 + ½ SiC = ¾ Si + ½ CO

(4)

Возможны и побочные реакции ответвления, например, взаимодействие SiO с

SiC.

В процессе карботермического восстановления протекают реакции в различных

температурных диапазонах, образующихся по высоте тигля с образованием промежу-

точных продуктов. Процесс восстановления протекает в зоне низких, средних, высоких

температур, подэлектродной области или на колошнике. В процессе восстановления

кремния в тигле руднотермической печи можно условно обозначить четыре основные

температурные зоны. Первая зона представляет собой слой не спеченной шихты

с температурным диапазоном от температуры шихты на колошнике печи до 1500 ºС,

вторая зона имеет температурный диапазон 1500-1900 ºС (слой спеченной шихты),

третья зона (газовая полость тигля) - с температурой более 1900 ºС и четвертая зона -

гарнисаж (рисунок 1.1).

При изменении трех первых факторов гарнисаж печи меняет свой состав и фор-

му, что может привести к расстройству технологии печи, снижению сортности, зашла-

кованию печи, образованию трудновыводимых тугоплавких шлаков.

Рисунок 1.1 - Процесс восстановления кремния в тигле руднотермической печи

1 - зона активного схода шихты (рабочая зона). В этой зоне происходят процессы нагрева ших-

ты и схода шихты в рабочую полость вокруг электрода. 2 - зона замедленного схода шихты. В

этой зоне происходит спекание шихты, из шихты уходит связанная влага, летучие соединения

восстановителей, начинаются процессы восстановления. 3 - гарнисаж, образуется из туго-

плавких соединений, получаемых в процессе плавки (карбидов кремния). Гарнисаж формиру-

ется в период пуска рудотермической печи и зависит напрямую от подаваемого в печь состава

шихты, электрических режимов ведения плавки, положения электродов и других технологиче-

ских особенностей процесса восстановительной плавки. 4 - газовая полость. Эта зона форми-

рования источника тепла - электрической дуги. В ней протекают все высокотемпературные

процессы и газификация окислов кремния.

1.2 Сырье и материалы, использующиеся при производстве алюминия

1.2.1 Основное сырье при производстве первичного алюминия

Основным сырьем при производстве первичного алюминия являются:

- глинозем (Al2O3);

- угольная анодная масса (предварительно обожженные угольные блоки);

- фтористые соли, в том числе криолит искусственный технический («свежий

криолит»); фторид алюминия; криолит вторичный (флотационный, получаемый при

флотации извлеченной из электролизера угольной пены, и регенерационный, получае-

мый при химической переработке растворов после их использования для орошения

газоочистных аппаратов либо пыли и шлама газоочистки и других твердых отходов).

Глинозем (Al2O3) представляет собой порошкообразный материал белого цвета

с крупностью отдельных частиц в основном от 10 до 120 мкм. Фракционный состав гли-

нозема зависит от свойств гидрата, условий его прокалки и других факторов и на прак-

тике колеблется в достаточно широких пределах. Температура плавления Al2O3 -

2050 °C. Глинозем образует несколько полиморфных разновидностей фаз, имеющих

одинаковый химический состав, но различное строение кристаллической решетки

и, следовательно, различные физические свойства. Глинозем, используемый для про-

изводства алюминия, имеет следующие модификации: α-фракция (корунд) - наиболее

устойчивая форма оксида алюминия, получаемая при прокаливании гидрооксида алю-

миния при высокой температуре (1050 - 1200 °C), обладает высокой твердостью, прак-

тически не гигроскопична, имеет малую удельную поверхность; переходные модифи-

кации χ, θ, γ, которые образуются при прокаливании гидроксида алюминия при темпе-

ратуре 500 - 1000 °C. В отличие от α-модификации, они имеют весьма развитую

удельную поверхность, хорошо поглощают фторид водорода и воду. При дальнейшем

их прокаливании при температуре 1050 - 1200 °C они переходят в α-модификацию.

Насыпная плотность глинозема -

0,9-1,1 г/см³. Угол естественного откоса -

≤37,5°.

Для получения алюминия необходимой чистоты в глиноземе ограничивается со-

держание примесей оксидов железа и кремния. Жестко лимитируется содержание

примесей оксидов титана, ванадия, хрома и марганца, влияющих на электропровод-

ность получаемого металла, пятиокиси фосфора, которая отрицательно влияет на про-

текание технологического процесса.

Важное значение имеет ограничение содержания щелочных компонентов (едких

щелочей, алюминатов и алюмосиликатов щелочных металлов), условно пересчитыва-

емых при характеристике глинозема на содержание Na2О.

Глинозем, выпускаемый отечественной промышленностью, должен содер-

жать, %:

не более

0,02-0,05

Fe2O3;

0,02-0,08

SiO2;

0,01-0,03

Σ TiO2 + V2O5 + Cr2O3 + MnO; 0,01-0,03 ZnO; Р2О5 < 0,002.

Массовая доля щелочных компонентов - не более 0,4 % - 0,5 %, а потери при

прокаливании - не выше 0,8 %. При большом содержании мелких фракций (~40 мкм до

60 %) глинозем называют «мучнистым».

Разные марки глинозема, а также его крупность и фазовый состав в значитель-

ной мере определяются используемым сырьем и способом производства.

Глинозем «песчаного» типа характеризуется меньшим содержанием α-фракции

(≤25 %), более крупным и однородным гранулометрическим составом. Такой глинозем

обладает повышенной скоростью растворения в электролите, меньше пылит и отлича-

ется большей сорбционной способностью к фториду водорода. По содержанию вред-

ных примесей он характеризуется столь же жесткими критериями, как и отечественный

глинозем.

Отечественные алюминиевые заводы могут использовать в собственном произ-

водстве глинозем как «мучнистого», так и «песчаного» типа.

Трифторид алюминия технический (AlF3) представляет собой порошкообразный

материал белого, розового или серого цвета крупностью до 150-200 мкм. В ряде слу-

чаев содержание фракций ~100 мкм составляет 100 %, иногда весь продукт представ-

лен фракцией ~40 мкм.

При нагревании фторид алюминия возгоняется без плавления. Температура ки-

пения - 1270 °C. Продукт гигроскопичен, при температурах выше 350 °C начинает ак-

тивно взаимодействовать с влагой, образуя фторид водорода. В равновесных услови-

ях, при температурах, близких к температуре процесса электролиза ~960 °C, трифто-

рид алюминия полностью разлагается водой.

Трифторид алюминия технический содержит не менее

88 % AlF3 (основное

вещество). Содержание воды для разных сортов составляет от 1,0 % до 3,5 %. Содер-

жание SO42-, соответственно, не превышает 0,5 % - 1,0 %.

Трифторид алюминия в отечественной практике получают (в большинстве слу-

чаев) гидрохимическим способом путем варки гидроксида алюминия в плавиковой кис-

лоте с последующей фильтрацией, сушкой и прокалкой (иногда в две стадии). Такой

продукт отличается низкой насыпной массой (0,6-0,8 г/см³), но содержит больше ос-

новного вещества (до 95 %).

В зарубежной практике используют трифторид алюминия, получаемый «сухим»

способом при взаимодействии в печах кипящего слоя газообразного фторида водорода

с активным (γ-фракция) оксидом алюминия при температуре -800 °C. Такой продукт ха-

рактеризуется большей насыпной массой 1,4-1,6 г/см³, но более низким содержанием

основного вещества.

Фторированный глинозем представляет собой отработанный после «сухой»

газоочистки электролизных газов глинозем, возвращаемый в электролиз в качестве

сырьевого компонента для замены свежего глинозема и снижения потребления фтор-

солей. Это порошкообразный материал серого цвета, крупность и содержание фракций

в нем зависят от исходного свежего глинозема, применяемого для «сухой» ГОУ, кото-

рая оказывает незначительное влияние на его состав и свойства.

Отработанный фторированный глинозем, удаляемый из рукавных фильтров

установок «сухой» газоочистки, кроме адсорбированного фтористого водорода содер-

жит уловленную из электролизных газов пыль, содержащую твердые фториды, углерод

и смолистые вещества (при очистке газов от электролизеров Содерберга).

Для фторированного глинозема характерны небольшие изменения угла есте-

ственного откоса, дисперсного состава, величины удельной поверхности и ряда других

параметров. Увеличивается содержание примесей (SiO2, Fe2O3, Na2O, K2O, P2O5, V2O5,

СаО, MgO, MnO, Cr2O3, ZnO), однако эти изменения происходят в допустимых преде-

лах, что подтверждается практикой эксплуатации установок сухой очистки газов.

В наибольшей степени примесями обогащены мелкие фракции отработанного глино-

зема (<10 мкм).

Дисперсный состав фторированного глинозема по сравнению со свежим немного

изменяется в сторону увеличения мелких фракций за счет смешения глинозема с элек-

тролизной пылью, а также измельчения более крупной фракции при транспортировке и

обработке в реакторе (истирания). Увеличение доли мелких фракций может привести к

некоторому увеличению расхода глинозема за счет его пыления. Также для снижения

пыления в корпусе электролиза подачу отработанного глинозема в электролизеры це-

лесообразно осуществлять через АПГ. В корпусах электролиза, где АПГ отсутствует,

во избежание вторичного пылеуноса, а также вторичного образования HF в результате

гидролиза фтористых соединений в случае перегрева фторированного глинозема в

нижних слоях глиноземной засыпки на корке электролита рекомендуется засыпаемый

на корку фторированный глинозем присыпать свежим глиноземом.

В процессе «сухой» газоочистки возможно улавливание глиноземом диоксида

серы (SO2). Для уменьшения степени улавливания SO2 глиноземом целесообразно

применять рециркуляцию глинозема в соответствии с технологическим регламентом на

проектирование установки.

При адсорбции фтористого водорода глиноземом в установках «сухой» ГОУ про-

исходит изменение структуры последнего, атомы фтора входят в кристаллическую ре-

шетку Al2O3, происходит практически полное замещение атомов кислорода атомами

фтора в решетке Al2O3. Таким образом, использование в технологии электролиза фто-

рированного глинозема позволяет существенно сократить расход фторсолей. Эконо-

мия свежего фтористого алюминия при использовании фторированного глинозема мо-

жет составлять от 6 до 11 кг/т Al.

Исследование потерь фтора при термообработке фторированных глиноземов

показало, что фторированный глинозем можно возвращать на корку электролита без

опасения вторичного загрязнения фтористым водородом воздуха рабочей зоны.

Отработанный фторированный глинозем с «сухих» ГОУ корпусов электролиза

Содерберга, загрязненный смолистыми веществами, при загрузке в электролизеры

также не оказывает отрицательного влияния на технологию электролиза и атмосферу в

корпусе. Смолистые вещества, содержащиеся в отработанном глиноземе, при загрузке

его в электролизеры не выделяются в атмосферу, а разрушаются в результате сгора-

ния.

Криолит искусственный технический. В производственной терминологии «свежий

криолит» - фторалюминат натрия переменного состава nNaF·AlF3. Содержит не менее

54 вес. % фтора; модуль n в пределах 1,5-3,0; SO42- - 0,5-1,0 %; вода - 0,2-0,8 %.

В зависимости от криолитового модуля n состоит:

- при n ≥ 1,7-3,0 - из смеси криолита (3NaF·AlF3) и хиолита (5NaF·3AlF3);

- при n < 1,7 - из смеси криолита (3NaF·AlF3), хиолита (5NaF·3AlF3) и необезво-

женного кристаллогидрата трифторида алюминия (AlF3·xHF·yН2О).

Криолит (3NaF·AlF3) представляет собой порошок белого цвета крупностью

до 150 мкм. Температура плавления криолита - 1010 °C.

С увеличением модуля криолита увеличивается температура его плавления,

снижаются летучесть и склонность к гидролизу.

Вторичный криолит выпускается алюминиевыми заводами при переработке

газообразных и твердых отходов. В зависимости от вида исходного сырья и способа

его переработки различают регенерационный и флотационный криолит.

Криолит регенерационный получают из фтористого водорода, содержащегося

в анодных газах, либо из твердых отходов (пыль, отработанная футеровка) путем хи-

мической обработки. Он представляет собой порошок белого или серого цвета, по хи-

мическому составу - криолит с модулем ~2,8. Основной вредной примесью является

сера в виде двойной соли NaF·Na2SO4 с содержанием SO42- до 4 %. Содержание фто-

ра - не менее 43 %, влаги - до 1 %. Натрийсодержащие примеси требуют повышенного

расхода трифторида алюминия, что сопровождается его гидролизом и загрязнением

атмосферы фторидом водорода.

Криолит флотационный получают при флотации угольной пены, извлеченной из

электролита действующих электролизеров. Он представляет собой порошок серого

цвета. По химическому и фазовому составу не отличается от электролита, однако не-

сколько обогащен углеродом и оксидом алюминия.

Вовлечение в производство продуктов регенерации фторидов позволяет умень-

шить потребление свежих солей.

Анодная масса и обожженные аноды. Сырьем для производства анодной массы

и обожженных анодов служат электродные каменноугольные пеки и электродные коксы

(нефтяные или пековые). Выбор этих видов сырья является неслучайным.

Во-первых, они обладают низкой зольностью (менее 0,5 %), что особенно важно

при электролитическом производстве алюминия. Известно, что вредные металличе-

ские примеси (железо, кремний, медь, цинк и другие) полностью переходят в электро-

литический алюминий, снижая его качество.

Во-вторых, анод, образованный из этих материалов, обладает высокой электро-

проводностью, без чего невозможен подвод тока к зоне электрохимической реакции.

В-третьих, комбинация твердого кокса (наполнителя) и жидкого пека (связующе-

го) позволяет формировать композиционную структуру, физико-механические свойства

которой после спекания существенно превосходят как свойства кокса, так и пека по от-

дельности.

В-четвертых, эти материалы после термообработки обладают исключительно

высокими термостойкими свойствами, достаточными для работы в химически агрес-

сивной среде и при температуре 950 °C-1000 °C.

Анодная масса используется для технологии производства алюминия на элек-

тролизерах с самообжигающимися анодами (электролизеры Содерберга). В этом слу-

чае угольный анод формируется непосредственно на электролизере и процесс элек-

тролиза сопровождается процессом коксования пекококсовой композиции (анодной

массы). В анодный кожух электролизера загружают массу, где она расплавляется и по

мере сгорания анода, перемещаясь в более горячие зоны, подвергается коксованию.

Полученный спеченный массив и представляет собой анод.

Обожженные анодные блоки формируются в специальных цехах и готовыми

монтируются на электролизерах, работающих по технологии производства алюминия с

предварительно обожженными анодами.

Пеки различаются по маркам в зависимости от температуры размягчения.

С повышением температуры размягчения снижается содержание легких фракций, воз-

растает выход коксового остатка, в результате чего при коксовании анода уменьшается

выделение газообразных и жидких продуктов, являющихся источниками образования

канцерогенов.

В качестве твердого наполнителя в анодной массе используются нефтяные и пе-

ковые коксы, причем первые - в преобладающем количестве. Нефтяные коксы лучше

взаимодействуют со связующим (пеком). К составу и качеству электродных коксов

предъявляется ряд требований. Для производства анодов и анодной массы требуется

прокалка кокса для удаления влаги и части летучих веществ. Содержание в коксах зо-

лы и серы должно быть минимальным, так как химические элементы, из которых со-

стоит зола, при электролизе криолитоглиноземных расплавов переходят в металл и

ухудшают его качество. Содержание оксида натрия в коксах не должно превышать

0,01-0,06 %, так как повышенное его содержание вызывает резкое увеличение окисля-

емости и осыпаемости анодной массы.

Одним из ключевых показателей качества кокса могут служить их объемно-

структурные характеристики. Они могут выражаться через объемную (кажущуюся)

плотность зерен, а также через насыпную плотность прокаленного кокса той или иной

фракции. Объемно-структурный анализ позволяет сразу же выделить коксы с плотной

структурой, пригодной для анодного производства, и не допустить легкие, пористые

коксы с низкими физическими свойствами.

1.2.2 Основное сырье для производства технического кремния

Для промышленного производства кремния используются кремнеземсодержа-

щее сырье и углеродистые восстановители. Рудное сырье характеризуется высоким

содержанием основного вещества и низким содержанием шлакообразующих компонен-

тов, вследствие чего электроплавка кремния является практически бесшлаковым про-

цессом. В качестве руды для производства кремния могут использоваться кварц, квар-

циты и кварцевые пески. Наибольшее распространение получили кварциты, как наибо-

лее доступное, технологичное и относительно дешевое сырье. В качестве углеродных

восстановителей используют древесный уголь, низкозольный каменный уголь и камен-

ноугольный концентрат, нефтяной кокс и древесную щепу. Имеется опыт использова-

ния в качестве восстановителя полукокса - продукта полукоксования каменных углей, а

также других углеродсодержащих материалов, например, карбида кремния и брикетов

на основе отсева древесного угля и коксовой мелочи.

К качеству сырья предъявляются требования по содержанию определяющих

примесей, реакционной способности, гранулометрическому составу, удельному элек-

трическому сопротивлению. Особенно резко возросли требования к качеству кварцитов

в связи с ростом спроса на кремний чистых марок, что вызвало необходимость не

только сортировки, но и обогащения рудного сырья на месте добычи. На современных

крупных карьерах установлены дробильно-сортировочные фабрики, на которых добы-

тый кварцит предварительно дробится на куски необходимого гранулометрического со-

става, затем подвергается промывке и разделению по крупности на ситах. Использова-

ние дробленого до необходимой фракции и отмытого на месте добычи кварцита имеет

ряд экономических преимуществ, выражающихся в снижении транспортных расходов,

повышении сортности товарного продукта и снижении удельного расхода кварцита.

1.2.2.1 Кремнезем содержащие материалы

Рудными компонентом шихты при производстве технического кремния служат

горные породы с высоким содержанием кремнезема. Самыми распространенными ми-

нералами в земной коре являются кварц и кварциты. Известно множество крупных ме-

сторождений кремнезема высокой чистоты, представляющих большой интерес для

электрометаллургии кремния. Кремнезем (SiO2) является однокомпонентной системой,

характеризующейся сложным полиморфизмом. Полиморфные превращения кремне-

зема при повышении температуры могут быть представлены в виде схемы:

Главными полиморфными модификациями кремнезема являются кварц, триди-

мит и кристобалит. Кварц в виде α-формы имеет широкое распространение в природе,

как составная часть горных пород, так и в самостоятельном виде. Разновидностями

кварца являются горный хрусталь и его разновидности - жильный кварц, аметист,

топаз, кварциты и кварцевые пески.

Особое значение для кремниевого производства имеют кремнеземистые,

т. е. сцементированные кремнеземом песчаники, называемые кварцитами, обладаю-

щие достаточной чистотой для производства технического кремния. Состав примесей

в основном определяется оксидами железа, алюминия и кальция. В зависимости от

необходимой чистоты в производстве кремния может использоваться кварцит с содер-

жанием кремнезема от 97,0 до 99,6 %.

Кварциты и кварц добываются в основном открытым способом и технологиче-

ские линии на различных карьерах практически не отличаются. Ниже представлена

технологическая линия на примере рудника Черемшанского. Разрыхление вскрышных

пород и полезного ископаемого производится с помощью буровзрывных работ. Из за-

боя кварцитовое сырье (руда) отгружается экскаваторами и перевозится карьерными

автосамосвалами для его последующей переработки на дробильно-сортировочную ли-

нию (ДСЛ) (рисунок 1.3).

Рисунок 1.3 - Дробильно-сортировочная линия (ДСЛ)

Кусковой кварцит крупностью до 750 мм из карьера самосвалами подается

в приемный бункер. Днищем бункера служит пластинчатый питатель, который транс-

портирует материал в щековую дробилку. Дробленый материал поступает на конвейер,

которым доставляется на инерционный грохот, где производится разделение поступа-

ющего на ленточный конвейер материала на фракции:

-20

+0 мм;

-120

+20 мм;

+120 мм.

После переработки кусковой кварцит фракции +20 мм --120 мм отгружается

в железнодорожные вагоны для отправки потребителям, -20 + 0 мм - в отвал или

на продажу не для производства кремния. Содержание мелких фракций -20 + 0 мм

кварцита вызывает неравномерность распределения восходящих из нижних горизон-

тов шахты печи газовых потоков по горизонтальному сечению колошника, приводит

к спеканию и зависанию шихты. В результате способность колошниковой зоны препят-

ствовать выносу за пределы печи пылевидных продуктов, образующихся при конден-

сации SiO(г), резко снижается, что влечет за собой увеличение расхода электроэнергии

и снижение извлечения кремния.

Куски размером +120 направляются на вторичную переработку. Фракционный

состав кварцита может отличаться от указанного в зависимости от мощности печи

и свойств восстановителей (рисунок 1.4).

Для производства кремния используются кварциты Черемшанского рудника, Глу-

ховского карьера кварцитов, кварца для выпуска чистого кремния и низкосортного

кварцита для выпуска нерафинированного кремния других месторождений.

Кварцит Черемшанского месторождения поставляется по техническим условиям.

Физико-химические характеристики поставляемого кварцита кускового Черемшанского

месторождения должны соответствовать требованиям, приведенным в таблице 1.2.

Таблица 1.2 - Физико-химические характеристики кускового кварцита Черемшанского

месторождения

Единицы

Гарантированные

Методы испытаний

Наименование

измерения

значения

правила приемки

Массовая доля SiO2

99,500, не менее

*Расчетный

Массовая доля Fe2O3

0,100, не более

ГОСТ 2642-97

Массовая доля Al2O3

0,180, не более

ГОСТ 2642-97

Массовая доля TiO2

0,010, не более

ГОСТ 2642-97

Содержание кусков размером 20-100

90, не менее

ГОСТ 2715-75

мм

Содержание кусков размером -20 мм

5, не более

ГОСТ 3306-78

Содержание кусков размером +100

5, не более

ГОСТ 2715-75

мм

*Массовая доля оксида кремния рассчитывается, как разность между 100% и суммой определяемых

примесей (Fe2O3+ Al2O3+ TiO2).

Марки и химический состав кварцита указаны в таблице 1.3.

Таблица 1.3 - Марки и химический состав кварцита

Содержание основного

Содержание примесей, % масс

Марка

вещества (SiO2), % не

кварцита

Fe2O3

Al2O3

TiO2

менее

КВ0

99,800

0,04

0,14

0,006

КВ1

99,700

0,07

0,16

0,008

КВ2

99,500

0,10

0,18

0,010

КВ3

99,300

0,15

0,20

0,012

КВ4

99,000

0,20

0,22

0,014

не регламентиру-

КВС

95,000

ется

Физико-химические характеристики поставляемого низкосортного кварцита кус-

кового должны соответствовать требованиям, приведенным в таблице 1.4.

Таблица 1.4 - Физико-химические характеристики кварцита кускового

Единицы

Значение

Наименование показателя

Метод анализа

измерения

показателя

Массовая доля*:

SiO2, не менее

97,0

ГОСТ 2642.3

Al2O3, не более

0,6

ГОСТ 2642.4

Fe2O3, не более

0,3

ГОСТ 2642.5

Массовая доля влаги, не более

3,0

ГОСТ 8269.0

Содержание кусков размером:

менее 30 мм, не более

по п.4.3-4.7

более 150 мм, не более

по п.4.3-4.7

Поставляемый кварц молочно-белый фракции 40-90 мм. Физико-химические ха-

рактеристики поставляемого кварцита кускового должны соответствовать требованиям,

приведенным в таблице 1.5.

Таблица 1.5 - Физико-химические характеристики кварцита кускового

Ед.

Значение

Наименование показателя

Метод анализа

измерения

показателя

Массовая доля*:

SiO2, не менее

99,6

ГОСТ 2642.3

Al2O3, не более

0,14

ГОСТ 2642.4

Fe2O3, не более

0,06

ГОСТ 2642.5

CaO, не более

0,05

ГОСТ 2642.7

Содержание кусков размером:

менее 40 мм, не более

п. 1.3 технических условий

более 90 мм, не более

п. 1.3 технических условий

Примечания:

* Общие требования к методам анализа по ГОСТ 2642.0.

** Допускается поставка кварцита иного гранулометрического состава по согласованию Поставщика с

Потребителем.

Кварцит Глуховского карьера Банического месторождения, поставляемый как квар-

цит кусковой для использования в процессах руднотермической плавки (Баничи), соответ-

ствует техническим условиям. Физико-химические характеристики поставляемого кварцита

кускового должны соответствовать требованиям, приведенным в таблице 1.6.

Таблица 1.6 - Физико-химические характеристики кварцита кускового

Единицы

Значение

Наименование показателя

Метод анализа

измерения

показателя

Массовая доля*:

SiO2, не менее

99,0

ГОСТ 2642.3

Al2O3, не более

0,25

ГОСТ 2642.4

Fe2O3, не более

0,15

ГОСТ 2642.5

CaO, не более

0,05

ГОСТ 2642.7

Содержание кусков размером:

менее 20 мм + более 90мм, не более

Технические условия

Примечания:

* Общие требования к методам анализам по ГОСТ 2642.0.

** Допускается поставка кварцита иного гранулометрического состава по согласованию Поставщика с

Потребителем.

Углеродные восстановители

Производство технического кремния осуществляется методом карботермическо-

го восстановления из кремнезема. В качестве восстановителя используют углерод, об-

ладающий большим, чем кремний, химическим сродством к кислороду при высоких

температурах. Пригодность углеродсодержащих материалов к плавке в качестве вос-

становителей определяется совокупностью требований к его физико-химическим свой-

ствам. Жесткие требования технологии восстановления и требования, предъявляемые

к качеству технического кремния, определили требования к свойствам восстановите-

лей:

- высокая реакционная способность, определяющая степень и скорость восста-

новления кремния, извлечение кремния из кремнезема, снижение расхода электро-

энергии;

- низкая зольность, которая определяет уровень перехода в кремний вредных

примесей, основными из которых являются Fe, Al, Ca, Ti, P, В и другие и влияет

на сортность кремния;

- высокая термоустойчивость восстановителя, который должен работать в руд-

новосстановительной печи при температуре около 2500 ℃ и обеспечивать полное про-

текание химического процесса восстановления;

- механическая прочность восстановителя, исключающая переизмельчение вос-

становителя при шихтоподготовке и на колошнике электропечи, сгорание на колошнике

и вынос мелочи с отходящими газами;

- высокая пористость и удельная поверхность, обеспечивающие высокую га-

зопроницаемость для обеспечения полноты восстановления кремния из газообразного

SiO2.

- оптимальный гранулометрический состав восстановителя в шихте в смеси

с кварцитом, обеспечивающий равномерный выход реакционных газов и продуктов ре-

акции с минимальным выносом мелочи и пыли и препятствующий образованию сви-

щей, одного из главных источников потерь и ухудшения технологических показателей;

- высокое удельное электрическое сопротивление, обеспечивающее малую

шихтовую проводимость тока и, как следствие, концентрацию очага тепловыделения

электрической дугой и улучшение условий восстановления кремния;

- оптимальное содержание летучих, способствующих образованию дополни-

тельной пористости, увеличению общей дополнительной поверхности и минимальное

содержание смолистых веществ, вызывающих спекание шихты на колошнике и ухуд-

шение ее схода;

- малая склонность к графитации, приводящей к увеличению электропроводно-

сти шихтового слоя и снижению реакционной способности восстановителя.

К основным примесным элементам в золе углеродных восстановителей относят-

ся: оксиды кремния, алюминия, кальция, магния, железа и др. Сера содержится в кок-

сах и углях в основном в виде сульфидной и органической. В небольших количествах

в коксе имеется сульфатная и элементарная сера. Максимальное содержание серы

имеет нефтяной кокс, в некоторых сортах которого содержание серы превышает 5 %.

В восстановителях для выплавки кремния содержание серы не лимитируется, так как

последняя в процессе электроплавки практически полностью удаляется в виде летучих

соединений.

Фосфор в восстановителях находится в виде неорганических соединений и яв-

ляется вредной и трудноудаляемой примесью. Поэтому желательно использовать ма-

лофосфористые восстановители при плавке кремния.

Древесный уголь

Древесный уголь (ДУ) - самый активный и достаточно чистый по содержанию

примесей восстановитель. Однако ДУ не обладает всей совокупностью вышеперечис-

ленных свойств и является самым дорогим из всех известных восстановителей.

Древесный уголь - продукт пиролиза древесины - термостоек в условиях плавки

и достаточно прочен, чтобы выдержать механические нагрузки в ванне печи, истираю-

щий эффект, осадку и давление реакционных газов. Наибольшие потери древесного

угля происходят при перегрузках, шихтоподготовке, грохочении, перемещении

на транспортерных лентах засыпки и выгрузки шихты из бункеров.

Мелкий уголь снижает газопроницаемость шихты, выгорает на колошнике, а так-

же уносится газами печи в виде пыли. Древесный уголь должен быть черного цвета как

с поверхности, так и в изломе, плотным и крепким, в изломе и поперек волокон - бле-

стящим и без сплошных сетчатых трещин. Уголь не должен содержать необугленных

кусков (недопал). Размер кусков древесного угля, идущего на производство, обычно

колеблется в пределах от 5 до 60 мм. Древесный уголь должен содержать не более

6 % влаги и не менее 78 % нелетучего углерода, содержание золы не должно превы-

шать 3 %. На практике приходится использовать валовый ДУ, характеризующийся зна-

чительным колебанием физико-химических свойств. Эти колебания обусловлены несо-

вершенством технологии получения, хранения и транспортировке ДУ.

Древесина, пораженная гнилью, идущая на производство древесного угля, сни-

жает выход готового продукта. Уголь при этом получается мелкий, непрочный и легко

крошится, превращаясь в угольную мелочь и пыль.

Содержание золы в обескоренном угле ниже, чем в угле, полученном из древе-

сины с корой. В таблице 1.7 представлены данные по содержанию золы в древесном

угле в зависимости от породы дерева.

Таблица 1.7 - Содержание золы в древесном угле и коре разных пород дерева

Содержание золы, %

Порода дерева

Уголь с корой

Уголь без коры

Кора

Береза

1,47

0,72

1,76

Сосна

3,48

1,5

11,65

Ель

1,12

0,52

1,45

Осина

1,96

1,21

6,53

Древесный уголь из мягких пород, например, из сосновой древесины, весьма не-

прочен и легко рассыпается. Состав золы древесных углей, полученных из различной

древесины, существенно отличаются. Пиролиз древесины - это процесс химического

разложения древесины за счёт воздействия одной тепловой энергии, без доступа кис-

лорода. Режим пиролиза определяющим образом влияет на выход и состав продуктов,

но при прочих равных условиях выход зависит от породы перерабатываемой древеси-

ны и части дерева, подверженной пиролизу.

В промышленном производстве выход угля часто бывает заметно меньше, чем

расчетный. Самые распространенные причины - это попадание кислорода воздуха

в аппарат, вследствие чего происходит выгорание части угля, а также особенности ре-

жима и потери при перегрузках, исключение из баланса отсеянной и сожженной на

своем производстве угольной пыли. Качественным считается для большинства

направлений потребления уголь, прокалка которого завершена при 450-550 °С.

Технологический процесс получения древесного угля состоит из четырех стадий:

I. окончательная сушка древесины;

II. пиролиз древесины с образованием древесного угля и парогазовой смеси;

III. прокалка древесного угля;

IV. охлаждение древесного угля.

Древесный уголь является наилучшим восстановителем по многим показателям.

Однако он имеет и ряд недостатков, таких, как высокая стоимость, низкая механиче-

ская прочность и высокое содержание фосфора. Эти недостатки обусловливают ис-

пользование в производстве древесного угля альтернативных углеродных восстанови-

телей.

Технические требования к древесному углю марок А и В по ГОСТ 7657-84 пред-

ставлены в таблице 1.9.

Таблица 1.9 - Технические требования к древесному углю

Марка «А»

Марка «В»

Норма для марки

Наименование

Высшая

показателей

1 категория

1 категория качества

категория

Высший сорт

1 сорт

2 сорт

1. Кажущаяся плотность,

0.37

Не нормируется

г/см³

2. Массовая доля золы,

2.5

3.0

2.5

3.0

%, не более

3. Массовая доля нелету-

чего, С %, не менее

4. Массовая доля воды

%, не более

5. Массовая доля угля в

местах погрузки куски

размером менее 25 мм,

%, не более

Не

нормируется

размером менее 12 мм,

не более

6. Массовая доля голов-

Отсутствие

ней, %, не более

7. Масса 1 дм³угля, г, не

210

Не

нормируется

менее

При транспортировке допускается увеличение массовой доли угля фракций раз-

мером менее 12 мм и 25 мм не более чем на 0.8 % на каждые 100 км пути.

Нефтяной кокс

Нефтяной кокс низкозольный из всех восстановителей, имеет низкую стоимость

углерода и высокое содержание твердого углерода. Этот нефтепродукт вводится в со-

став шихты для снижения себестоимости производства и снижения содержания приме-

сей в кремнии. Нефтяной кокс представляет собой продукт термической обработки тя-

желых остатков, образующихся при перегонке нефти Его усредненный состав в %:

твердый углерод - 86-93, зола - 0,1-0,6, летучие - 8-12. Нефтяной кокс получают кок-

сованием тяжелых крекинговых остатков нефти при температуре 450-500 ℃.

Вследствие низкого содержания золы по сравнению с древесным углем нефтя-

ной кокс имеет повышенную плотность и механическую прочность, однако обладает

рядом худших показателей, таких, как меньшие пористость, удельная поверхность и

удельное электрическое сопротивление, ограничивающих его использование в боль-

ших количествах. При производстве кремния используется нефтяной кокс с низким со-

держанием серы, которая способствует развитию коррозии металлических конструкций

газоочистной установки и элементов конструкции печи, а также снижает извлечение

кремния, переводя его в газовую фазу в виде SiS2. На предприятиях используется

нефтяной кокс, имеющий в своем составе не более 3 % серы.

В кремниевом производстве применяется кокс нефтяной анодный. Физико-

химические характеристики кокса нефтяного представлены в таблице 1.10.

Таблица 1.10 - Физико - химические характеристики кокса нефтяного

Единицы

Гарантированные

Наименование

Методы измерений

измерений

значения

Массовая доля общей влаги,

ГОСТ 27588, ISO 579

не более

ГОСТ 8606, ГОСТ 1437,

Массовая доля серы, не более

ГОСТ Р 53356, ISO 5931

Зольность, не более

0,6

ГОСТ 22692, ISO 1171

Массовая доля летучих ве-

п.4.9 ГОСТ 22898,

ществ, не более

ISO 9406

Атомно-

эмиссионный с

п.4.6

Массовая доля железа,

индуктивно-

0,08

ГОСТ 22898,

не более

связанной

ГОСТ 54237

плазмой (IСP-

AES), ISO 14435

Массовая доля мелочи (кусков

п.4.3 ГОСТ 22898, ГОСТ 5954,

размером менее 8 мм), не бо-

ISO 2325, ISO 728

лее

Каменный уголь

Каменный уголь наиболее распространенный заменитель древесного угля. Для

производства кремния используются газовые и длиннопламенные угли с повышенным

содержанием летучих и низкой зольностью. Усредненный состав каменных углей в %:

твердый углерод - 48-59, зола - 1-3, летучие - 38-42. Они обладают достаточной ре-

акционной способностью, высоким электросопротивлением и пригодны к выплавке

кремния. Достаточно высокая пористость и реакционная способность, возникающая

при нагреве шихты и пиролизе угля. Ограничивающими факторами являются высокое

содержание золы, летучих и смол, спекающих шихту. Для производства кремния выс-

ших марок используются малозольные угли марок Д и ДГ. Для снижения содержания

оксида железа производится обогащение углей с получением каменноугольного кон-

центрата.

Физико-химические характеристики угля марок Д и ДГ должны соответствовать

требованиям, приведенным в таблице 1.11.

Таблица 1.11 - Физико-химические характеристики угля марок Д и ДГ

Единицы

Гарантированные

Методы испытаний,

Наименование

измерения

значения

правила приемки

Внешний вид

ГОСТ 25543-2013

Массовая доля общей влаги*

10,0, не более

ГОСТ 11014-2001

(W^a) в угле

Массовая доля общей серы в угле

0,7, не более

ГОСТ 8606-93, ИСО 334-92

Зольность (А^d) в угле

4, не более

ГОСТ 11022-95, ИСО 1171-97

Содержание в золе Fe2O3

3,75, не более

ГОСТ 10538-87

Содержание в золе Al2O3

30, не более

ГОСТ 10538-87

Содержание TiO2 в угле

кг/т

0,5, не более

ГОСТ 10538-87

Содержание P2O5 в угле

кг/т

0,4, не более

ГОСТ 10538-87

Содержание Fe2O3 в угле

кг/т

1,5, не более

Расчет

Содержание Al2O3 в угле

кг/т

12, не более

Расчет

Содержание кусков -30 +5 мм в

90, не менее

ГОСТ 2093-82

угле

Содержание кусков -5 мм в угле

5, не более

ГОСТ 2093-82

Содержание кусков +30 мм в угле

5, не более

ГОСТ 2093-82

Физико-химические характеристики поставляемого концентрата каменного угля,

поставляемого по спецификации ТС № КК.02.2019, должны соответствовать требова-

ниям, приведенным в таблице 1.12.

Таблица 1.12 - Физико-химические характеристики концентрата каменного угля

Единицы

Гарантированные

Методы испытаний,

Наименование

измерения

значения

правила приемки

Внешний вид

ГОСТ 25543-2013

Массовая доля общей влаги* (W^a) в угле

10.0, не более

ГОСТ 11014-2001

ГОСТ 8606-93,

Массовая доля общей серы в угле

0.7, не более

ИСО 334-92

ГОСТ 11022-95, ИСО

Зольность (А^d) в угле

1.5, не более

1171-97

ГОСТ 55660-2013,

Выход летучих веществ V^daf на сухое

39, не более

ИСО 562-98,

беззольное состояние

ИСО 5071-1-97

Содержание связанного углерода (Cfix)

Расчетный

59, не менее

в угле

(100 - А^d - V^daf)

Содержание в золе Fe2O3

12, не более

ГОСТ 10538-87

Содержание в золе Al2O3

30, не более

ГОСТ 10538-87

Содержание в золе P2O5

0.6, не более

ГОСТ 10538-87

Содержание Fe2O3 в угле

кг/т

1.5, не более

Расчет

Содержание Al2O3 в угле

кг/т

3, не более

Расчет

Содержание кусков -30 +10 мм в угле

90, не менее

ГОСТ 2093-82

Содержание кусков -10 мм в угле

12, не более

ГОСТ 2093-82

Содержание кусков +30 мм в угле

5, не более

ГОСТ 2093-82

Древесная щепа

Древесная щепа, изготовленная на предприятии с помощью рубительных машин

из сортовой древесины, применяется в качестве разрыхляющей добавки к другим вос-

становителям. Состав золы древесной щепы близок к составу щепы древесного угля.

Высокое содержание влаги и летучих при низком содержании углерода делает щепу

восстановителем замедленного действия, который, попав на колошник печи, должен

высохнуть и пиролизоваться. На этом этапе щепа выполняет роль рыхлителя тяжелых

компонентов, выделяет большое количество паров воды и летучих, снижает электро-

проводность шихты.

Электроды

В производстве технического кремния используются обожжённые угольные, уг-

леграфитовые или графитированные моноэлектроды диаметром 1205 мм. Печи рабо-

тают с применением графитированных электродов с графитированными ниппелями

диаметром 710 мм.

Требования к моноэлектродам диаметром 1205 мм представлены в таблице 1.13.

Таблица 1.13

Гарантированные

значения

Единица

Методы

Наименование

Для РТП

измерения

испытаний*

РКО 16,5

РКО 25

КрИ

Диаметр

мм

1205 ± 2

ГОСТ 26433.1

Длина

мм

3000 ± 250

ГОСТ 26433.1

Содержание графита

не менее

Гарантируется

поставщиком

Удельное

30,

25,

ISO 11713

мкОм × м

электросопротивление

не более

ГОСТ 23776

Предел прочности на раз-

3,0,

4,0,

ISO 18515

МПа

рыв

не менее

ГОСТ 23775

6,0,

8,5,

ISO 12986-1

Предел прочности на изгиб

МПа

не менее

ГОСТ 23775

20,

24,

Расчетный метод согласно

Пористость

не более

п.4.5 ТС

ГОСТ Р ИСО 12987-2014

Методика определения

теплопроводности угле-

Теплопроводность при

Вт/м × К

родных материалов при

температуре 20°С

не менее

температуре 20-30°С,

утвержденной ОАО

«Уралэлектродин»

Объемная плотность на

1,56

1,58

г/см³

ISO 12985-1

образцах

не менее

Окончание таблицы 1.13

Гарантированные

значения

Единица

Методы

Наименование

Для РТП

измерения

испытаний*

РКО 16,5

РКО 25

КрИ

2,5

1,6

ISO 8005

Зольность

не более

ГОСТ 22692

Максимальная плотность

8,5

Гарантируется поставщи-

А/см²

тока (для печи РКО)

не менее

ком

Температурный коэффи-

циент линейного расшире-

10^-6/ºC

3,0-4,6

ГОСТ Р 54253

ния (0-600 ºC)

Не учитываются дефекты

поверхности:

Прямое измерение

- трещины шириной

мм

0,3 мах

ТУ 19121-021-13684336

– выкрашивания зерен

мм

13 мах

На образующей поверхно-

сти не допускаются про-

Прямое измерение

дольные трещины:

ТУ 19121-021-13684336

- ширина

мм

1,5 мах

- длина

10 мах

Не допускаются сколы на

кромке торцов:

Прямое измерение

- ширина

мм

50 мах

ТУ 19121-021-13684336

- длина

мм

100 мах

- глубина

мм

25 мах

Физико-механические показатели графитированных электродов диаметром

710 мм и ниппелей к ним представлены в таблице 1.14.

Таблица 1.14 - Физико-механические показатели качества графитированных электро-

дов диаметром 710 мм и ниппелей к ним

Гарантированные

значения

Единица

Ниппели для

Наименование

Методы испытаний*

измерения

Электроды

электродов

Ø710мм

Ø600мм

317Т4L

ГОСТ 26433.1,

Диаметр

мм

710 ± 2,0

317,5-0,50

прямое измерение

2000 + 100

ГОСТ 26433.1,

Длина

мм

457,2-1,00

2000 - 200

прямое измерение

Удельное

5,5

ISO 11713

мкОм × м

7,0÷11,0

электросопротивление

не более

ГОСТ 23776

9,5

20,0

ISO 12986-1

Предел прочности на изгиб

МПа

не менее

ГОСТ 23775

Окончание таблицы 1.14

Гарантированные

значения

Единица

Ниппели для

Наименование

Методы испытаний*

измерения

Электроды

электродов

Ø710мм

Ø600мм

317Т4L

Расчетное для RDC

9,0

14,0

Модуль упругости

ГПа

144

не менее

ISO 18515

Объемная плотность электро-

1,74

г/см³

1,54-1,64

ISO 12985-1

да на образцах

не менее

0,5

ISO 8005

Зольность

не более

ГОСТ 22692

Для вскрытия летки и прожига леточного канала используются графитированные

электроды диаметром 100 мм.

Физико-механические показатели графитированных электродов диаметром

75/100 мм представлены в таблице 1.15.

Таблица 1.15 - Физико-механические показатели качества графитированных электро-

дов диаметром 75/100 мм

Гарантированные значения

Единица

Ниппель для

Наименование

Электрод

Методы испытаний

измерения

электрода

Ø100мм*

Ø100мм

100 + 3

66,7 + 0

ГОСТ 26433.1,

Диаметр

мм

100 - 2

66,7 - 0,5

прямое измерение

135 + 0

ГОСТ 26433.1,

Длина

мм

1000÷1500

135 - 1,0

прямое измерение

Удельное электросопро-

7,0

ISO 11713

мкОм × м

7,0÷11,0

тивление

не более

ГОСТ 23776

Предел прочности на из-

12,0

ISO 12986-1

МПа

8÷15

гиб

не менее

ГОСТ 23775

Объемная плотность

г/см³

1,55÷1,67

ISO 12985-1

электрода на образцах

Ниппельное гнездо:

60,6 + 0,5

ГОСТ 26433.1,

Диаметр

мм

60,6 - 0

прямое измерение

69 + 2,0

ГОСТ 26433.1,

Глубина

мм

69 - 0

прямое измерение

1.3 Анализ приоритетных проблем отрасли

1.3.1 Анализ приоритетных проблем при производстве алюминия

Промышленное производство алюминия в России началось в начале 30-х годов

XX века. Для организации промышленного производства алюминия требовались сырье

и дешевая электроэнергия. В то время в России было известно лишь Тихвинское ме-

сторождение бокситов. В 1928-1930 гг. в Санкт-Петербурге были проведены исследо-

вания по отработке технологии переработки этих бокситов на глинозем и выбору опти-

мальной конструкции электролизера для первых алюминиевых заводов. Результаты

этих работ были заложены в основу для проектирования Волховского алюминиевого

завода.

Важнейшее значение для организации отечественного производства алюминия

имело принятие и реализация плана ГОЭЛРО (Государственная электрофикация Рос-

сии), что позволило обеспечить строящиеся заводы дешевой электроэнергией.

В 1931 году образован Всесоюзный алюминиево-магниевый институт (ВАМИ), а в по-

следующие годы - Всероссийский институт легких сплавов (ВИЛС).

Первая промышленная партия алюминия была получена на Волховском алюми-

ниевом заводе 14 мая 1932 года. Этот день считается днем рождения алюминиевой

промышленности России.

С открытием крупнейшего в мире месторождения апатито-нефелиновых руд

на Кольском полуострове встал вопрос об использовании нефелинов в качестве сырья

для получения глинозема. В начале 50-х годов XX века в глиноземном цехе Волховско-

го алюминиевого завода была успешно решена проблема получения из нефелинового

концентрата глинозема, соды, поташа и портландцемента.

Строительство алюминиевых и глиноземных заводов в России определялось

близостью к дешевой электроэнергии, сырьевой базе и источникам водопотребления.

В 1931 году на Урале были открыты месторождения бокситов, в совокупности

образующих Северо-Уральский бокситовый район, который в дальнейшем стал сырье-

вой базой алюминиевой промышленности Урала. В 1939 году состоялся пуск Уральско-

го алюминиевого завода мощностью 70 тыс. т глинозема и 25 тыс. т алюминия.

В годы Великой Отечественной войны для обеспечения возросших потребностей

оборонной промышленности было принято решение об увеличении мощностей по про-

изводству алюминия на Уральском заводе, а также о строительстве Богословского

и Новокузнецкого алюминиевых заводов.

В послевоенный период алюминиевая промышленность России продолжала ин-

тенсивно развиваться за счет ввода новых и расширения действующих мощностей.

В 1950-е годы введены в эксплуатацию Кандалакшский, Надвоицкий и Волго-

градский алюминиевые заводы, а также Пикалевский глиноземный завод - комплекс-

ное предприятие по переработке кольских нефелиновых концентратов.

В 1960-1970-е годы были построены Иркутский, Красноярский и Братский алю-

миниевые заводы, а также Ачинский глиноземный комбинат.

В 1985 году был введен в эксплуатацию Саяногорский алюминиевый завод,

а в 2006-м - его вторая очередь, Хакасский алюминиевый завод (ХАЗ). В 2015 году

ХАЗ реорганизован и присоединен к Саяногорскому алюминиевому заводу.

Таким образом, большая часть предприятий алюминиевой промышленности

Российской Федерации эксплуатируются более 30 лет.

Многие из алюминиевых и глиноземных заводов стали бюджетообразующими

предприятиями: Волховский, Кандалакшский, Богословский, Надвоицкий, Саяногорский

и Иркутский алюминиевые заводы, Пикалевский и Ачинский глиноземные заводы.

В мире основным сырьем для производства алюминия служат бокситы, содер-

жащие от 32 до 60 % глинозема (Al2O3). К важным алюминиевым рудам относят также

алуниты и нефелины.

По мировым меркам Россия обладает незначительными запасами промышлен-

ных бокситов - около

400 млн т, что составляет менее

0,7 % мировых запасов.

При этом большинство отечественных месторождений в значительной степени выра-

ботаны. Кроме того, российские месторождения содержат в основном не бокситы, а

нефелины, а они - более худшее сырье для производства глинозема, чем бокситы.

Крупнейший производитель алюминий-содержащего сырья в России - Северо-

Уральские бокситовые рудники. Они до последнего времени обеспечивали Россию

лучшим сырьем при достаточно высоком уровне добычи. Основные запасы рудников

находятся в районе г. Североуральска (Свердловская область) на глубине более полу-

километра. В настоящее время старые шахты практически выработаны. Бокситы добы-

ваются с глубины 700-800 м и имеют очень высокую себестоимость. В 2015 году был

осуществлен ввод в эксплуатацию новой шахты «Черемуховская Глубокая» глубиной

более полутора километров.

Ввиду слабости собственной сырьевой базы российские производители алюми-

ния в значительной мере ориентируются на привозной глинозем. Традиционные по-

ставщики глинозема в Россию - Украина и Казахстан - намерены расширять собствен-

ные производства алюминия, и, следовательно, у них будет меньше свободного сырья

для экспорта в Россию. Аналогичная ситуация и в дальнем зарубежье: Австралия,

крупнейший в мире экспортер бокситов, тоже постепенно увеличивает собственное

производство алюминия, сокращая тем самым возможности поставки сырья на миро-

вой рынок.

Одним из решений задачи обеспечения ресурсами российских производителей

алюминия является разработка новых отечественных месторождений. Наиболее пер-

спективным на сегодняшний день является Средне-Тиманское месторождение низко-

качественных бокситов в Республике Коми. Общие запасы на Тимане, по различным

оценкам, составляют от 260 до 360 млн т. Одним из достоинств месторождения явля-

ется то, что его разработку можно вести открытым способом, а это снижает себестои-

мость добычи на 15-20 % по сравнению с шахтными разработками. Главным препят-

ствием для освоения месторождения является полное отсутствие инфраструктуры.

Однако разработка одного Средне-Тиманского месторождения не решит проблему

обеспечения отечественным глиноземом всех российских производителей.

В ближайшее время импорт бокситов и глинозема неизбежен, что делает алюминие-

вую промышленность Российской Федерации зависимой от зарубежных поставщиков.

Производство алюминия в криолит-глиноземном расплаве сопровождается вы-

делением ряда ЗВ 1-4 классов опасности: фтористых соединений, диоксида серы, пы-

ли, смолистых веществ. Количество образования ЗВ зависит от применяемых исход-

ных сырьевых материалов, технологии и условий протекания процесса электролиза.

Поиск путей снижения образования и обезвреживания ЗВ является одной из основных

задач алюминиевой отрасли.

Одним из основных сырьевых компонентов в производстве алюминия является

нефтяной кокс - продукт нефтеперерабатывающей промышленности, использующийся

для производства анодов электролизеров. Спрос на нефтяной кокс, пригодный для из-

готовления анодов, постоянно растет. Повышение мировых показателей содержания

серы и металлов в коксе затрудняет производство анодов с сохранением требуемых

показателей качества. Значительное количество производимого в мире зеленого кокса,

характеризующегося допустимым содержанием примесей, является очень мелким

и отличается высокими показателями содержания летучих горючих веществ. Этот кокс

не может подвергаться прокалке во вращающихся печах, использующихся при прокал-

ке на алюминиевых заводах Российской Федерации, поскольку применение данной

технологии приводит к снижению производительности, качества прокаленного кокса и

потерям при прокаливании. Кроме ухудшающейся сырьевой базы сырого кокса, отече-

ственная промышленность испытывает недостаток прокалочных мощностей, что также

ставит предприятия отрасли в зависимость от зарубежных поставщиков прокаленного

кокса и влияет на качество производимых анодов.

Повышение содержания серы в коксах влечет за собой его увеличение в анодах

алюминиевого производства, что приводит к увеличению эмиссий диоксида серы на

отечественных заводах. При использовании газоочистных аппаратов для улавливания

диоксида серы (мокрых скрубберов, пенных аппаратов) неизбежно повышение расхода

соды на его улавливание, и, как следствие, увеличение количества улавливаемого

SO2 влечет за собой повышение количества сульфатов и растворов газоочистки, под-

лежащих выводу на шламовые поля.

Утилизация отходов производства - одно из важнейших направлений отрасли.

Основными крупнотоннажными отходами производства глинозема и алюминия явля-

ются красный и нефилиновый шлам, отходы катодной футеровки электролизеров.

В России многие годы практикуется в основном прямое использование отработанной

угольной футеровки в черной металлургии: при производстве стали в мартеновских пе-

чах, конвертерах и электропечах.

К настоящему времени разработано более 300 способов переработки отрабо-

танной угольной футеровки. Большинство из них не получило промышленного разви-

тия главным образом по причине их низкой экономической эффективности.

Производственными отходами глиноземных заводов являются отвальные шла-

мы (красные или нефелиновые), представляющие собой твердый остаток бокситов или

нефелинов после извлечения из них глинозема. Нефелиновые шламы в алюминиевой

промышленности Российской Федерации являются наиболее крупной составляющей в

суммарной массе образуемых ее предприятиями промышленных отходов. Технологией

комплексной переработки нефелинового сырья предусматривается его использование

как основного компонента шихты для производства цементного клинкера, что суще-

ственно сокращает себестоимость не только глинозема, но и цемента.

Растущие цены на электроэнергию, недоступность собственного сырья, а также

ужесточение экологических норм приводят к остановке или закрытию алюминиевых за-

водов не только в Западной Европе, но и в Российской Федерации. Поскольку алюми-

ниевая промышленность является источником выделения в атмосферу ЗВ, особенно

актуальными в настоящее время являются вопросы обеспечения экологической без-

опасности производства алюминия. В связи с этим в алюминиевой отрасли встает во-

прос не только о применении наиболее экономически малозатратных технологий полу-

чения алюминия, но и технологий, которые отвечали бы современным требованиям

по охране окружающей среды.

Таким образом, современная тенденция развития алюминиевой отрасли - поиск

и внедрение высокоэффективных технологий производства алюминия с обеспечением

экологической безопасности.

1.3.2 Анализ приоритетных проблем при производстве кремния

На территории бывшего СССР кремний был впервые получен на Днепровском

алюминиевом заводе в 1938 году. В заводских условиях для плавки технического

кремния были опробованы кварциты различных месторождений и выполнена оценка

пригодности некоторых углеродистых восстановителей - древесного угля, нефтяного

и пекового коксов, торфяного кокса и других. Были найдены оптимальные объемные

соотношения восстановителя и кварцита, разработана в промышленных масштабах

технология получения кристаллического кремния технической чистоты. На этом же за-

воде впервые опробован непрерывный выпуск кремния из печей - способ, который в

годы Великой Отечественной войны был окончательно освоен на Уральском алюмини-

евом заводе.

Производство электротермического получения кремния - энергоемкий процесс.

В связи с этим основные мощности производства кремния технической чистоты

расположены вблизи районов, обладающих относительно дешевыми топливно-

энергетическими ресурсами.

Необходимость оптимизации производства технического кремния связана с ро-

стом потребности в нем многих отраслей отечественной промышленности. Повышение

требований к качеству продукции, интенсификация технологических процессов, пере-

ход к ресурсосберегающему, экологически чистому производству неразрывно требуют

внедрения научных достижений в практику.

Основные тенденции научно-технического прогресса направлены на значитель-

ное уменьшение веса машин и металлоконструкций, повышение их долговечности

за счёт применения алюминиево-кремниевых сплавов, создание новейших приборов

высокой надежности на базе кремниевой полупроводниковой техники. Разработка но-

вых видов композиционных органических полимерных материалов на основе крем-

нийорганических соединений с уникальными свойствами привела в последние годы

к резкому увеличению производства и потребления кремния.

В области производства технического кремния РФ имеет богатый научно-

технический потенциал, обеспечивающий технологические показатели по расходу сы-

рья и электроэнергии на уровне лучших зарубежных технологий.

В то же время развитие производства кремния сдерживается рядом факторов,

в том числе:

- качеством рудного сырья, дефицитом и высокой стоимостью углеродистых

восстановителей;

- несовершенством существующих систем подготовки сырья, недостаточно вы-

соким уровнем как самой технологии, так используемого оборудования, в том числе

и газоочистного;

- отсутствием в ВУЗах кафедр со специализацией по производству кремния.

Медленно внедряются имеющиеся отечественные и передовые зарубежные

разработки, позволяющие обеспечить требования технологии к сырью по таким пара-

метрам, как реакционная способность, механическая прочность, термостойкость,

удельное электрическое сопротивление и другие. Однако резервы дальнейшего повы-

шения технической, экономической и экологической эффективности производства

имеются.

Интенсификация электротермического производства кремния возможна за счет

повышения извлечения целевого компонента и снижения расхода энергии и сырья, при

использовании новых видов шихтовых материалов и композиций из них, обладающих

улучшенными технологическими характеристиками.

Одним из них является метод окускования мелкодисперсного сырья. Практиче-

ская реализация технологии выплавки кремния с применением агломерированной

шихты позволит расширить сырьевую базу производства и решить ряд экологических

проблем благодаря возможности использования кварцевых песков, утилизации дис-

персных кремнезем- и углеродсодержащих вторичных материалов и брикетирования

коксовой мелочи после обогащения.

Необходимо проведение исследований по поиску оптимальных составов шихты

и физико-химических характеристик составляющих шихту компонентов. Одна из основ-

ных задач совершенствования технологического процесса получения кремния заклю-

чается в организации условий, обеспечивающих оптимальные режимы процессов га-

зификации кремнезема. Данные режимы в основном определяются возможностью бо-

лее полного использования газообразного монооксида кремния в реакциях образова-

ния и разрушения карбида кремния, а также максимальной скоростью разрушения

SiC(т) с образованием элементарного кремния в высокотемпературной реакционной

зоне электропечи.

Проблемой улучшения технологии электротермического производства кремния

является низкое извлечение полезного компонента, обусловленное повышенными по-

терями кремния, выносимого из печи потоком отходящих газов. Решение экологических

проблем достигается за счет увеличения эффективности ГОУ, применения современ-

ных аппаратов газоочистки, аспирационных систем, повышением качества, производи-

мого микрокремнезема для гарантированной его реализации потребителям вместо

утилизации на ПБО.

Древесный уголь - высококачественный углеродистый восстановитель. Имеется

тенденция к снижению его применения в электротермических процессах- не только по

причине высокой стоимости, но и по экологическим аспектам его производства (выруб-

ка лесов, проблема утилизации вторичных продуктов пиролиза). Однако в настоящее

время полностью исключить из технологического процесса древесный уголь на пред-

приятиях Компании не представляется возможным до решения вопроса создания

надежной сырьевой базы углеродистых материалов.

Ведутся разработки по внедрению в металлургию кремния таких углеродистых

восстановителей, как буроугольный кокс, реакционная способность которого соизме-

рима с реакционной способности древесного угля.

Перспективно окускование (брикетирование, агломерация или окомкование)

смесей мелкозернистых кремнеземсодержащего и углеродистого материалов. Иссле-

дования показывают, что организация передела по получению окускованной шихты в

Раздел 2. Описание технологических процессов, применяемых

в алюминиевой промышленности

2.1 Производство глинозема

Способы производства глинозема из различных видов сырья (минералов), со-

держащего алюминий, основаны на получении алюминатных растворов и их свойстве

самопроизвольно разлагаться при снижении температуры и концентрации на гидроксид

алюминия и щелочь. Прокаливая гидроксид алюминия при температуре 1000-1200 °C,

получают глинозем.

Наиболее широкое применение в промышленности нашел разработанный

К. Байером щелочной гидрохимический способ, с помощью которого, как правило, пе-

рерабатывают лишь высокосортные бокситы с малым содержанием кремнезема - бок-

ситы с кремниевым модулем (соотношение Al2O3 и SiO2 по массе) выше 6. После под-

готовки сырья (дробление и размол боксита) осуществляют его обработку щелочно-

алюминатным раствором - процесс выщелачивания, в результате которого из боксита

извлекается оксид алюминия, переходящий в раствор с концентрацией Al2O3 250-

300 г/л. При этом в осадок выпадают нерастворимые соединения, содержащиеся в

боксите, - так называемый красный шлам. Последующие процессы производства свя-

заны с отделением и очисткой алюминатного раствора от красного шлама и промывкой

последнего для более полного извлечения алюминатного раствора.

Бокситы с кремниевым модулем ниже 6 и другие виды высококремнистого сырья,

пригодного для производства глинозема (нефелины, алуниты, каолины), перерабаты-

вают или по способу спекания, или комбинированному способу - сочетание способа

Байера со способом спекания.

Способ спекания основан на термической обработке смеси алюмосиликатной

руды с известняком с целью перевода практически всего оксида алюминия из сырья в

растворимую форму в спеке (алюминат натрия) и связывании диоксида кремния сырья

в нерастворимую форму (двукальциевый силикат).

Способ Байера - самый экономичный, но его применение ограничивается каче-

ством и количеством боксита; способ спекания является наиболее затратным, но бо-

лее универсальным и пригоден для любого вида сырья.

На действующих российских предприятиях, выпускающих глинозем, применяют-

ся все из перечисленных технологий. На Ачинском глиноземном комбинате и Пикалев-

ском глиноземной заводе («Базэл Цемент Пикалево») перерабатывается нефелиновое

сырье. Технология производства глинозема, основанная на спекании нефелина с из-

вестняком (рисунок 2.1, таблица 2.1), предусматривает комплексную переработку сы-

рья - на глинозем, соду и цемент.

Шлам, получаемый при выщелачивании спека (нефелиновый шлам), используют

для получения цементного клинкера.

Богословский и Уральский алюминиевые заводы перерабатывают отечествен-

ные байеровские и спекательные бокситы. Производство глинозема осуществляется по

комбинированному способу - параллельная схема Байер-спекания (рисунок 2.2).

По способу Байера получают около 80-90 % глинозема, остальное - по технологии

спекания. Ветвь спекания состоит из отделений приготовления шихты (дополнительно-

го к ветви Байера), спекания, размола, выщелачивания спека и отделения алюминат-

ного раствора от осадка шлама. Получаемый в этой ветви алюминатный раствор объ-

единяется с алюминатным раствором из ветви Байера, а усредненный раствор посту-

пает на последующую переработку, включая стадию прокалки гидроксида алюминия в

печах кальцинации (таблица 2.1 и таблица 2.2).

Таблица 2.1 - Основные этапы производства глинозема способом спекания нефелинов

Основное

Этап процесса

Входной поток

Выходной поток

технологическое

Эмиссии

(подпроцесс)

оборудование

Нефелин, из-

Приготовление

Влажная шихта

Дробилки,

Пыль

вестняк, вода

шихты

(пульпа)

мельницы

Вращающиеся

Пыль, SO2, NOx,

Пульпа

Спекание

Спек

печи

Переработка

Алюминатный

Дробилки,

Пыль, щелочь,

Спек

спека

раствор, шлам

мельницы

шлам

Карбонизаторы,

Переработка

Гидроксид алю-

декомпозеры,

Алюминатный

Щелочь, SO2,

алюминатных

миния, содовые

сгустители, ав-

раствор

NOx, CO

растворов

растворы

токлавы, филь-

тры

Гидроксид алю-

Пыль, SO2, NOx,

Кальцинация

Глинозем

Печи

миния

Таблица 2.2 - Основные этапы производства глинозема способом Байер-спекания

Основное

Этап процесса

Входной поток

Выходной поток

технологическое

Эмиссии

(подпроцесс)

оборудование

Подготовка

Дробилки, ша-

Боксит, извест-

шихты к выще-

Влажная шихта

ровые мельни-

Пыль

няк, вода, сода

лачиванию и

(пульпа)

цы

спеканию

Алюминатный

Автоклавные

Пульпа

Выщелачивание

Щелочь

раствор, шлам

батареи

Сгущение и

промывка шла-

Сгущенная

Шламовая

Сгустители,

ма ветвей Байе-

шламовая пуль-

Щелочь, шлам

пульпа

фильтры

ра и спекания

па, растворы

(раздельно)

Окончание таблицы 2.2

Основное

Этап процесса

Входной поток

Выходной поток

технологическое

Эмиссии

(подпроцесс)

оборудование

Осветление

Шламохрани-

Сгущенная

растворов,

Шлам,

лище,

шламовая пуль-

обезвоживание

оборотные рас-

пруды оборот-

Пыль, шлам

па

шламовой пуль-

творы

ных растворов

пы

(при наличии)

Вращающиеся

Пыль, SO2, NOx,

Пульпа

Спекание

Спек

печи

Алюминатный

Переработка

Дробилки,

Спек

раствор, шлам

Пыль, щелочь

спека

мельницы

(красный)

Переработка

Очищенный

алюминатных

алюминатный

Алюминатный

Декомпозеры,

растворов (раз-

раствор (обо-

Щелочь

раствор

сгустители

дельно для каж-

ротный), гидрок-

дой ветви)

сид алюминия

Гидроксид алю-

Пыль, SO2, NOx,

Кальцинация

Глинозем

Печи

миния

Назначение, описание, технологические характеристики основного и природо-

охранного оборудования, используемого в процессе производства глинозема, приве-

дены в таблицах 2.3 и 2.4.

Таблица 2.3 - Основное оборудование

Наименование

Назначение оборудования

Описание

оборудования

Способ Байер-спекание

Дробилки

Дробление и измельчение сырье-

Молотковые, щековые, конусные

вых материалов

дробилки

Шаровые мель-

Помол сырьевых материалов и

Вращающиеся мельницы с цилин-

ницы

усреднение, приготовление шихты

дрическими стальными обечайками,

(пульпы) на выщелачивание и на

загруженные мелющими телами

спекание

(шары)

Автоклавные

Герметически закрытые сосуды,

Выщелачивание бокситовой пульпы

батареи

работающие под давлением

Сгустители

Разделение жидкой и твердой фаз

Одноярусные и многоярусные сгу-

красного шлама

пульпы, уплотнение шлама

стители

Декомпозеpы

Разложение алюминатного раство-

ра с выделением из раствора в

Цилиндрические сосуды различных

твердую фазу гидроксида алюми-

размеров

ния

Печи спекания

Спекание боксито-известняковой

Вращающиеся трубчатые печи

шихты

Окончание таблицы 2.3

Наименование

Назначение оборудования

Описание

оборудования

Центробежные, мембранно-

Насосы

Перекачка технологических сред

поршневые насосы различных типов

Выпарные бата-

Упаривание технологических рас-

Герметически закрытые сосуды ра-

реи

творов

ботающие под давлением и вакуумом

Печи кальцина-

Прокалка гидроксида алюминия для

Вращающиеся трубчатые печи,

ции

получения глинозема

циклонно-вихревые печи

Способ спекания нефелинов

Дробление и измельчение сырье-

Дробилки

Молотковые, конусные дробилки

вых материалов

Вращающиеся мельницы с цилин-

Помол сырьевых материалов и

Мельницы раз-

дрическими стальными обечайками,

усреднение, приготовление шихты

мола

загруженные мелющими телами

(пульпы) на спекание

(шары, цильпебсы)

Печи спекания

Спекание шихты

Вращающиеся трубчатые печи

Центробежные насосы различных

Насосы

Перекачка технологических сред

типов

Трубчатые вы-

Аппараты непрерывного действия, ра-

Выщелачивание спека

щелачиватели

ботающие по принципу противотока

Технологические аппараты с ци-

Стержневые

Выщелачивание и доизмельчение

линдрическими стальными обечай-

мельницы

спека

ками, загруженные мелющими те-

лами (стержни)

Обескремнивание алюминатного

Сварные сосуды со сферическим

Автоклавы

раствора

днищем и крышкой

Однокамерные

Стальные цилиндроконические ре-

Сгущение твердой фазы

сгустители

зервуары

Разложение алюминатного раство-

ра с выделением из раствора в

Цилиндрические сосуды с кониче-

Декомпозеры

твердую фазу гидроксида алюми-

ским днищем

ния

Разложение алюминатного раство-

Сосуды цилиндрической формы с

ра с выделением из раствора в

Карбонизаторы

конусным днищем сварной кон-

твердую фазу гидроксида алюми-

струкции

ния

Печи кальцина-

Прокалка гидроксида алюминия для

Вращающиеся трубчатые печи

ции

получения глинозема

Очистка от пыли сбросного (аспира-

ционного) воздуха от мест пересыпки

при транспорте сыпучих материалов

Типы ФРИ и ФРКИ, КПД до 95 %,

Рукавные филь-

(сырье, полупродукты, товарная про-

остаточная запыленность до

тры

дукция), при дроблении, сухом из-

20 мг/м³

мельчении и помоле в цехах приго-

товления шихты, спекания, кальци-

нации и обжига известняка

Таблица 2.4 - Природоохранное оборудование

Наименование

Назначение оборудования

Технологические характеристики

оборудования

Электрофиль-

Однопольные, КПД до 99,7 %, оста-

тры вертикаль-

Очистка отходящих газов печей

точная запыленность газов до

ные, многосек-

кальцинации

200 мг/нм³

ционные

Очистка газов ряда печей спекания

Запыленность газов на выходе до

Пылевая камера

(спекание нефелинов)

100 г/нм³

Электрофиль-

Очистка отходящих газов печей

Многопольные (3-4 поля), КПД до

тры горизон-

спекания и вращающихся печей

99,8 %, остаточная запыленность

тальные

обжига известняка

газов до 300 мг/нм³

Очистка отходящих газов печей

Скруббера мок-

КПД 50 % - 85 %, остаточная запы-

спекания (комбинированный спо-

рые

ленность газов до 100 мг/нм³

соб)

Шламохрани-

Осветление растворов, обезвожи-

Определяется показателями техно-

лище

вание шламовой пульпы

логических требований к растворам

2.2 Производство анодов и анодной массы

В зависимости от типа используемого электролизера в качестве анодных мате-

риалов используется анодная масса или предварительно обожженные аноды.

Анодные материалы являются одним из ключевых элементов в технологии элек-

тролитического производства алюминия. Угольные аноды или анодную массу для вы-

плавки первичного алюминия, как правило, производят на том же алюминиевом заво-

де, что и сам металл. Хотя в некоторых случаях их могут производить на отдельных

анодных фабриках.

Сырьем для производства анодной массы и анодов служат каменноугольный пек

(связующий материал) и нефтяной кокс с низким содержанием зольных примесей

(наполнитель). Современное анодное хозяйство представляет собой крупное произ-

водство с разветвленной транспортно-технологической схемой и автоматизированной

системой управления технологическими процессами.

2.2.1 Производство анодной массы

Общая схема технологического процесса производства анодной массы пред-

ставлена на рисунке 2.3, а процесс производства описан ниже. Исходный сырой кокс

поступает на склад предприятия и по транспортной системе подается на первичное

дробление. Далее через систему питания кокс подается в прокалочный агрегат, после

которого по системе транспорта прокаленный кокс поступает в бункер запаса. Некото-

рые предприятия, не имея в своем составе прокалочных печей, осуществляют закупку

уже прокаленного кокса. Из бункера прокаленного кокса кокс поступает на сушку, затем

на дробление и рассев, после чего полученные сортовые фракции прокаленного кокса

подогреваются и направляются в смеситель, где происходит смешение кокса с пеком.

Пыль кокса, CO, SO₂, NO_x

Пыль кокса, возгоны пека

Пыль кокса в атмосферу

в атмосферу

Очистка ГВС

Пыль кокса

в производство

Пыль кокса

в производство

Готовая анодная масса

на электролизеры

Прием, хранение

Сортовые фракции

Нефтяной кокс

Сырой кокс

Прокаленный кокс

Сушка, дробление,

прокаленного кокса

и подготовка

Прокалка

размол и рассев

(предварительное

на фракции

дробление)

Пыль кокса

в производство

Дозирование,

смешение,

Хранение

Очистка ГВС

формование

Брикеты

готовой продукции

Пыль кокса

брикетов

анодной массы

в атмосферу

Очистка ГВС

Возгоны пека

в атмосферу

Пек

Пек жидкий

гранулированный

Пек жидкий

Хранение

каменноугольный

Прием, хранение,

жидкого пека,

пекоподготовка

Пек жидкий

Очистка ГВС

Пыль пека, возгоны пека

в атмосферу

Рисунок 2.3 - Схема технологического процесса производства анодной массы

Пек поступает на предприятие в жидком и (или) твердом виде и после подготовки

с помощью дозатора и пекового насоса подается в смеситель. После смесителя через

орошаемый водой конвейер и систему транспорта охлажденные брикеты анодной мас-

сы поступают на склад готовой продукции.

Количество и качество связующего пека является фактором, определяющим вы-

деление в атмосферу ЗВ. Улавливаемая в системах аспирации и пылеочистки пыль

от переделов производства анодной массы возвращается в производство.

Изложенные принципы производства анодной массы не меняются уже много де-

сятилетий. Однако аппаратурное оформление, качество оборудования и принципы

управления технологическим процессом постоянно совершенствуются.

В таблице 2.5 представлено описание основных этапов технологического про-

цесса получения анодной массы. Назначение и технологические характеристики ос-

новного и природоохранного оборудования, используемого в процессе производства

анодной массы, приведены в таблицах 2.6 и 2.7.

Таблица 2.5 - Основные этапы технологического процесса получения анодной массы

Основное

Этап процесса

Входной поток

Выходной поток

технологическое

Эмиссии

(подпроцесс)

оборудование

Прием, хранение,

Кокс нефтяной

Двухвалковая

Кокс нефтяной

предварительное

сырой дробле-

зубчатая дро-

Пыль кокса

сырой

дробление

ный

билка

Вращающаяся

Кокс нефтяной

прокалочная

Пыль кокса, CO,

сырой дроблен-

Прокалка

прокаленный

печь барабанно-

SO2, NOx

ный

го типа

Дробилка молот-

ковая одноро-

торная. Дробилка

Дробление,

Сортовые

Кокс нефтяной

двухвалковая.

размол, рассев

фракции прока-

Пыль кокса

прокаленный

Грохот универ-

на фракции

ленного кокса

сальный. Шаро-

вые барабанные

мельницы

Сырой прока-

Сухой прока-

Сушильный аг-

Пыль кокса, CO,

Сушка

ленный кокс

регат

SO2, NOx

Пек гранулиро-

Прием, хране-

Пыль пека, воз-

ванный каменно-

ние, пекоподго-

Пек жидкий

Пекоприемники

гоны пека

угольный

товка

Пек жидкий ка-

Прием, хранение,

Пекоприемники.

Пек жидкий

Возгоны пека

менноугольный

пекоподготовка

Пекоплавители

Сортовые фрак-

Весовые доза-

Дозирование,

ции прокаленно-

Брикеты анод-

торы. Смесите-

Пыль кокса,

смешение,

го кокса, пек

ной массы

ли. Формовоч-

возгоны пека

формование

жидкий

ное устройство

Таблица 2.6 - Основное оборудование

Наименование

Назначение оборудования

Технологические характеристики

оборудования

Двухвалковая

зубчатая дро-

Производительность в зависимости

Дробление сырых и прокаленных

билка, дробилка

от крупности дробленного материа-

коксов

молотковая од-

ла - 21-150 т/ч

нороторная

Производительность по прокален-

ному коксу - 10 т/ч

Три зоны термообработки:

Вращающаяся

- сушка - прогрев слоя кокса от 20

прокалочная

Прокаливание сырых коксов

до 400 °C;

печь барабанно-

- удаление летучих веществ -

го типа

нагрев кокса от 400 до 1000 °C;

- прокаливание - прогрев слоя кок-

са до 1250 °C

Сушильный аг-

Сушка прокаленного кокса

Производительность до 20 т

регат

Грохот универ-

сальный, шаро-

Механическая сортировка и размол

Производительность 6-30 т/ч

вые барабанные

коксовых фракций

мельницы

Металлические резервуары различ-

ной емкости, обогреваемые паром.

Пекоприемники,

Размещение пека, пекоподготовка

Температура пека в пекоприемни-

пекоплавители

ке - 140-160 °C, в пекоплавителе -

150-190 °C

Максимальная производительность:

Весовые доза-

Дозирование компонентов коксовой

- для прокаленного кокса -

торы

пыли и пека

14000 кг/ч;

- для жидкого пека - 10000 кг/ч

Смесители не-

Смешение пекококсовой компози-

прерывного

Производительность - 6-30 т/ч

ции

действия

Продавливание через экструдер

Формовочное

Получение брикетов анодной массы

или прохождение специального

устройство

требуемой формы

формовочного устройства и охла-

ждение «оборотной» водой

Улавливание пыли кокса из

вентвыбросов, отведенных аспира-

ционно-техническими устройствами

Электрофильтр

Эффективность очистки - 90-99 %

от поточно-транспортных узлов,

складов, дробильно-размольного

отделения

Таблица 2.7 -Природоохранное оборудование

Наименование

Технологические

Назначение оборудования

оборудования

характеристики

Улавливание пыли кокса из вентвыбросов, от-

веденных аспирационно-техническими

Эффективность очистки -

Циклон

устройствами от поточно-транспортных узлов,

70-93,9 %

складов, дробильно-размольного отделения

Улавливание пыли кокса из вентвыбросов, от-

Рукавные

веденных аспирационно-техническими

Эффективность очистки -

фильтры

устройствами от поточно-транспортных узлов,

97,1-99 %

складов, дробильно-размольного отделения

Батарейный

Улавливание пыли кокса из отходящих газов

Эффективность очистки -

циклон-

печей прокалки

80,6-93,4 %

электрофильтр

Труба Вентури

Улавливание возгонов каменноугольного пека

(адсорбент

из вентвыбросов, отведенных аспирационно-

Эффективность очистки -

кокс) - рукав-

техническими устройствами от дозировочно-

99,6-99,9 %

ный фильтр

смесительного отделения

Производство анодной массы является подчиненным к производству алюминия

и осуществляется практически на всех алюминиевых заводах, применяющих техноло-

гию электролиза с самообжигающимися анодами (Содерберга).

2.2.2 Производство анодов

Процесс производства анодов в части дробления, измельчения и смешивания

сырьевых материалов идентичен производству анодной массы, за исключением ис-

пользования отходов обожженных анодов (огарки), которые вместе с коксом проходят

стадии дробления и рассева. Затем из смешанного материала формируются «зеле-

ные» аноды и после охлаждения поступают на склад «зеленых» анодов. Со склада

«зеленые» аноды по системе конвейеров направляются в печи обжига. Обжиг осу-

ществляется в многокамерных кольцевых печах открытого типа с подвижной зоной

«огня». Печь обжига состоит из блока вертикальных камер, соединенных между собой

простенками для последовательного прохода дымовых газов из одной камеры в дру-

гую. Эти простенки делят камеры на кассеты, в которые загружаются анодные блоки.

Продвижение огня производится путем переноса рампы с горелки, дутьевых и отсасы-

вающих труб вдоль печи на одну камеру в соответствии с заданным темпом обжига.

В качестве топлива используется мазут. Обожженные анодные блоки по конвейеру по-

ступают на сборку в анодно-монтажное отделение (АМО), которое включает в себя от-

деление демонтажа и монтажа анодов. При монтаже обожженных анодов осуществля-

ются заливка ниппельных гнезд чугуном, подготовка анододержателя и, как правило,

покрытие поверхности анодного блока защитным слоем от интенсивного выгорания по-

верхностного слоя. При демонтаже огарков анодов в АМО осуществляются их зачистка

от электролита, отделение от анододержателя и его зачистка, дробление огарка в дро-

билках для транспортировки его в заготовительное отделение. Схема технологического

процесса производства обожженных анодов с этапа смешения сырьевых материалов

представлена на рисунке 2.4.

В технологическом процессе образуется некоторое количество брака «зеленых»

анодов и анодной массы, которые после дробления возвращаются обратно в смеси-

тель. При производстве анодов на специальных установках газоочистки с помощью

глинозема из паров абсорбируются смолистые вещества, фториды из анодных огар-

ков. Улавливаемая в системах аспирации и пылеочистки коксовая пыль от переделов

производства анодов возвращается в производство.

В таблице 2.8 приведены основные технологические этапы производства обож-

женных анодов. Краткое описание основного и природоохранного оборудования пред-

ставлено в таблицах 2.9 и 2.10.

Таблица 2.8 - Основные этапы производства обожженных анодов

Основное

Этап процесса

Входной поток

Выходной поток

технологическое

Эмиссии

(подпроцесс)

оборудование

Прием, хране-

Кокс нефтяной

Двухвалковая

ние, предвари-

сырой дроблен-

сырой; огарки

зубчатая дро-

Пыль кокса

тельное дробле-

ный; огарки ано-

анодов

билка

ние

дов дробленные

Дробилка мо-

лотковая одно-

роторная. Дро-

Кокс нефтяной

Дробление, раз-

Сортовые фрак-

билка двухвал-

прокаленный,

мол, рассев на

ции прокаленно-

ковая. Грохот

Пыль кокса

дробленые огар-

фракции

го кокса

универсальный.

ки

Шаровые бара-

банные мель-

ницы

Пек гранулиро-

Прием, хране-

ванный каменно-

Пекоприемники,

Пыль пека,

ние, пекоподго-

Пек жидкий

угольный, пек

пекоплавители

возгоны пека

товка

жидкий

Сортовые фрак-

Весовые доза-

ции прокаленного

Дозирование,

Пыль кокса,

Анодная масса

торы. Смесите-

кокса и огарков,

смешение

возгоны пека

ли

пек жидкий

«Зеленые» ано-

Анодная масса

Формование

Вибропресс

Возгоны пека

ды

Пыль кокса,

Многокамерная

Обожженные

возгоны пека,

«Зеленые» аноды

Обжиг

кольцевая печь

аноды

HF, CO, SO2,

открытого типа

NOx

Печи ИЧТ, кон-

Пыль кокса, в

вейеры, систе-

Обожженные

Смонтированные

том числе

Монтаж анодов

мы очистки

аноды

твердые фто-

огарков, дро-

риды

билки

Таблица 2.9 - Основное оборудование

Наименование

Назначение

Технологические характеристики

оборудования

Двухвалковая дро-

билка, конусная дро-

Дробление коксов,

Дробление фракций до - 0-12,5 мм, помол

билка, щековая дро-

огарков анодов, сор-

до +0-0,5 мм

билка, грохот, бара-

тировка, размол

банные мельницы

Пекоприемники, пе-

Размещение пека,

Температура пека в пекоприемнике - 180-

коплавители

пекоподготовка

220 °C, в пекоплавителе - 180- 220 °C

Обеспечение гомогенизации и экструдирова-

Смесители непре-

Смешение пекокок-

ния в направлении выхода. Температура

рывного действия

совой композиции

«зеленой» анодной массы - 220 °C

Обжиг производится за счет сжигания мазута

и летучих веществ, выделяющихся при тер-

Многокамерная

Обжиг «зеленых»

мообработке «зеленых» блоков. Температура

кольцевая печь

анодов

обжига (температура в камере полного ог-

ня) - 1250 °C

Монтаж обожженных

Расплав чугуна для заливки ниппельных гнезд

Печи ИЧТ

анодов

обожженных анодов. Емкость печей - 2,5 т

Таблица 2.3 - Природоохранное оборудование

Наименование

Технологические характеристи-

Назначение оборудования

оборудования

ки

Улавливание пыли кокса из

вентвыбросов, отведенных аспи-

рационно-техническими устрой-

ствами от поточно-транспортных

Эффективность очистки -

Рукавный фильтр

узлов, складов, дробильно-

98,0 %

размольного отделения, участка

дозирования шихты, из отходящих

газов сушильных барабанов, анод-

но-монтажного отделения

Улавливание пыли кокса, возгонов

Эффективность очистки: пыль -

«Мокрая» ГОУ: по-

каменноугольного пека, фторидов

70 %; фториды газообразные -

лый скоростной

газообразных, диоксида серы из

98 %; возгоны каменноугольного

скруббер

отходящих газов печей обжига

пека - 70 %, диоксид серы - 90 %

«Сухая» ГОУ: мо-

Улавливание пыли кокса, возгонов

Эффективность очистки: пыль -

дуль - адсорбцион-

каменноугольного пека, фторидов

98,5 %; фториды газообраз-

ные реакторы - ру-

газообразных из отходящих газов

ные - 99 %; возгоны каменно-

кавный фильтр

печей обжига

угольного пека - 98,5 %

Улавливание пыли кокса, возгонов

«Сухая» ГОУ: мо-

каменноугольного пека из вентвы-

Эффективность очистки: по пы-

дуль - адсорбцион-

бросов, отведенных аспирационно-

ли - 98 %; по остальным ком-

ные реакторы - ру-

техническими устройствами от

понентам - 90 %

кавный фильтр

технологических линий смесильно-

прессового участка производства

Рассмотренный технологический процесс производства обожженных анодов

реализуется преимущественно на заводах, целиком оборудованных электролизерами

с предварительно обожженными анодами.

2.3 Производство первичного алюминия

Алюминий производится путем электролитического восстановления оксида алю-

миния (глинозема), растворенного в расплавленном электролите (криолите) при тем-

пературе приблизительно 960 °C. В состав электролизера входят углеродный катод,

изолированный огнеупорными кирпичами по внутренней поверхности прямоугольного

стального кожуха, и углеродные аноды, прикрепленные к электропроводящей анодной

балке и погружаемые в раствор. Электролизеры соединены последовательно и обра-

зуют серию электролизеров. Постоянный ток подается с анодов через электролит

и слой металла на катод, а затем - по комплекту проводников, известных как «ошинов-

ка», на следующий электролизер.

Жидкий алюминий оседает на катоде электролизера. Расплавленный металл

периодически извлекается из электролизеров спецковшами и передается в литейное

отделение для получения товарной продукции. В процессе электролиза кислород

из глинозема реагирует с углеродным анодом и образует диоксид углерода и моноок-

сид углерода. Таким образом, в ходе этого процесса происходит непрерывный расход

углеродных анодов.

Основным сырьем для получения алюминия служат: глинозем, фтористые соли

(криолит, фтористый алюминий) и обожженные аноды или анодная масса.

Схемы производства алюминия в электролизерах с обожженными анодами,

в электролизерах с боковым и верхним токоподводами представлены

на рисунках 2.5-2.7.

HF, F_тв, SO₂, пыль,

Сырье:

смолистые вещества

анодная

масса,

Электроэнергия

фтористый

Фторированный

Свежий

Выброс в

алюминий

глинозем

атмосферу

через трубу

«Сухая»

«Мокрая»

Электролизеры ВТ

газоочистка

доочистка

Вторичный криолит

Выбросы:

Отходы:

Выброс в

Производство

HF, F_тв, SO₂, пыль,

Шламы

атмосферу

фторсолей

смолистые вещества

Отработанная

через фонарь

угольная

кирпичная

Угольная пена

футеровка

электролизеров электролизеров

Полигон промышленных отходов;

реализация и/или утилизация

Алюминий-

Готовая

Литейное производство

сырец

продукция

Рисунок 2.7 - Блок-схема производства первичного алюминия в электролизерах с верхним токоподводом

В таблицах 2.11 и 2.12 приведена информация о технологическом процессе

электролиза и применяемом оборудовании.

Таблица 2.4 - Описание технологического процесса электролиза

Основное

Входной

Этап про-

Выходной

технологическое

Эмиссии

поток

цесса

поток

оборудование

Свежий

Прием,

Свежий

В атмосферный воздух:

глинозем,

хранение

глинозем,

- оксид алюминия;

фторсоли

сырья на

анодная

- твердые фториды

Склады, силоса, бункера

складах и

мас-

в силосах

са/аноды,

фторсоли

Сырье:

Электро-

Первич-

Электролизеры:

В атмосферный воздух:

глинозем,

литиче-

ный алю-

- с самообжигающимися

- фтористый водород;

анодная

ское про-

миний

анодами и верхним то-

- твердые фториды;

мас-

изводство

(алюми-

коподводом (Содербер-

- диоксид серы;

са/аноды,

первично-

ний-сырец)

га);

- оксид углерода;

фторсоли.

го алюми-

- с самообжигающимися

- пыль неорганическая;

Электро-

ния

анодами и боковым то-

- смолистые вещества

энергия

коподводом (Содербер-

(для электролизеров

га);

Содерберга).

- с предварительно

В поверхностные и под-

обожженными анодами

земные воды - отсут-

ствуют.

В почву - непосред-

ственно отсутствуют.

Отходы производства:

- отработанная угольная

футеровка;

- отработанная кирпич-

ная футеровка;

- угольная пена;

- огарки обожженных

анодов.

Прочее: физические

воздействия (тепловое,

шум, вибрация, элек-

тромагнитное загрязне-

ние) не являются лими-

тирующими для произ-

водства первичного

алюминия

Таблица 2.5 - Основное технологическое оборудование процесса электролиза

Технологические характеристики

Назначение

Наименование оборудования

Выход

оборудования

Сила тока, кА

по току, %

Электролизеры с самообжигающи-

мися анодами и верхним токопод-

До 175

До 89

водом

Получение пер-

Электролизеры с самообжигающи-

вичного алюми-

мися анодами и боковым токопод-

ния (алюминия-

До 85

До 90

водом

сырца)

Электролизеры с предварительно

До 400

До 94,5

обожженными анодами

В таблице 2.13 приведено основное природоохранное оборудование процесса

электролиза и его характеристики.

Таблица 2.6 - Природоохранное оборудование процесса электролиза

Наименование оборудова-

Технологические характеристи-

Назначение оборудования

ния

ки

Сухая газоочистка (реакто-

Очистка отходящих газов

Эффективность очистки, %:

ры + рукавные фильтры)

от:

- фтористого водорода;

98,4-99,7

- твердых фторидов;

97,4-99,5

- неорганической пыли;

97,4-99,5

- смолистых веществ

96 - >99

Сухая ГОУ + мокрый скруб-

Очистка отходящих газов

Эффективность очистки, %:

бер

от:

- фтористого водорода;

99,5-99,8

- твердых фторидов;

99,4-99,7

- неорганической пыли;

99,5-99,8

- смолистых веществ;

98,8-99,4

- диоксида серы

85,0-98,7

Электрофильтр + мокрый

Очистка отходящих газов

Эффективность очистки, %:

скруббер или пенный аппа-

от:

рат

- фтористого водорода;

95,0-98,7

- твердых фторидов;

80,0-90,0

- неорганической пыли;

80,0-90,0

- смолистых веществ;

55,0-90,0

- диоксида серы

85,0-98,7

2.3.1 Виды электролизеров и технологий электролиза

Промышленное получение алюминия как в России, так и во всем мире осу-

ществляется в электролизерах, различающихся по конструкции и единичной мощности.

В настоящее время применяются следующие технологии электролиза:

- технология производства алюминия на электролизерах с предварительно обо-

жженными анодами (технология электролиза ОА);

- технология производства алюминия на электролизерах с самообжигающимися

анодами (или электролизеры Содерберга).

Электролизеры с самообжигающимися анодами различаются также по принципу

подвода тока к аноду, с боковым и верхним токоподводом (технологии электролиза

БТ и ВТ соответственно).

На электролизерах ВТ токоподводящие штыри устанавливают вертикально

на высоту, обеспечивающую их запекание при опускании анодного массива. При до-

стижении нижним концом штыря расстояния от подошвы анода, определяемого без-

опасным ведением процесса (минимальное расстояние от штыря до подошвы анода -

не менее 20 см), штырь раскручивается и извлекается из тела анода.

Катодное устройство электролизера ВТ состоит из стального кожуха, футеро-

ванного внутри угольными подовыми блоками и боковыми плитами, огнеупорными

и теплоизоляционными материалами. В нижнюю часть подовых блоков перед их уста-

новкой в электролизер заливают чугуном стальные стержни - блюмсы, служащие для

отвода тока от подины. Швы между подовыми блоками и периферийный шов набивают

подовой массой.

Анодное устройство электролизера ВТ состоит из угольного анода, помещенного

в стальной кожух, анодной шины и анодных штырей, служащих для подвески анода

и подвода тока. В нижней части анодного кожуха по его периметру на специальном по-

ясе подвешен газосборный колокол, собранный из чугунных литых секций. Колокол

подвешивается на уголок (пояс) анодного кожуха и служит газосборником, собирающим

из-под анода смесь газов. На рисунке 2.8 представлена конструкция электролизера ВТ.

На электролизерах ВТ анодные газы эвакуируются с помощью системы коло-

кольного газосборника и горелочного устройства. Колокольный газосборник, собранный

из чугунных секций, крепится к пояску анодного кожуха и герметизируется в нижней ча-

сти засыпкой глинозема. Анодные газы собираются под газосборником и под избыточ-

ным давлением поступают в горелочные устройства (для дожигания оксида углерода и

смолистых веществ).

Разработкой новой конструкции электролизеров ВТ является проект «Создание

экологически приемлемой и конкурентоспособной технологии электролиза с анодом

Содерберг» (проект «ЭкоСодерберг»). Проект «ЭкоСодерберг» включил практически

весь комплекс работ, связанных с производством алюминия, а именно:

Рисунок 2.8 - Электролизер ВТ:

1 - катодные угольные блоки; 2 - анодный массив; 3 - анодный токоведущий штырь;

4 - колокольный газосборник; 5 - горелочное устройство; 6 - анодный кожух; 7 - анодная шина

- технологию и оборудование по производству анодной массы;

- технологию изготовления и конструкцию катодного узла;

- технологию анода и электролиза с современной автоматизированной системой

управления системой;

- комплекс мероприятий по дожигу и удалению газов от электролизера;

- автоматизированные системы по транспортировке и питанию электролизера

сырьем;

- механизмы, устройства и инструменты, исключающие или снижающие долю

ручного труда в обслуживании электролизера.

К новым техническим и технологическим решениям конструкции электролизера

«ЭкоСодерберг» относятся:

- устройство электролизеров С-8БМ(Э) и С-8Б(Э) с новым безгорелочным газо-

сборным колоколом и новой системой газоудаления;

- новый технологический инструмент, средства механизации, новые технологи-

ческие практики для обслуживания данных электролизеров;

- технология производства и использования анодной массы с низким содержа-

нием связующего.

На рисунке 2.9 представлена система газоудаления электролизера «ЭкоСодер-

берг».

Рисунок 2.9 - Система газоудаления электролизера «ЭкоСодерберг»:

1 - газосборный колокол электролизера; 2 - сборные купола системы газоудаления;

3 - трубопроводы системы удаления газов; 4 - продувка системы удаления газов

На электролизерах БТ конструкция катодного устройства схожа с конструкцией

стандартного (рядового) электролизера ВТ.

Анодное устройство электролизера БТ состоит из стальной анодной рамы, кото-

рая с помощью стальных канатов и системы полиспасов подвешивается на металло-

конструкции. По мере сгорания анода и его опускания для поддержания установленно-

го межэлектродного расстояния одновременно с ним опускается анодная рама. Токо-

ведущими являются два нижних ряда штырей. Они подключаются к анодной ошиновке

с помощью медных или (чаще) алюминиевых спусков. Стальные токоведущие анодные

штыри забиваются под определенным углом в боковые поверхности анодного массива

в верхних зонах, где еще не прошли процессы спекания анода, и по мере сгорания

анода перемещаются вместе с анодом в нижние, более горячие зоны, где спекаются со

скоксовавшимся массивом и при достижении определенных температур воспринимают

токовую нагрузку. Когда становится вероятным выход нижнего конца штыря из тела

анода и контакт с электролитом, штырь извлекается из тела анода и забивается в

верхний горизонт. Электролизеры БТ снабжены укрытием для сбора вредных веществ,

выделяющихся при электролизе. Укрытие монтируется на каркасе и имеет вверху газо-

сборный колпак и шторы (навивные, створчатые и др.), закрывающие боковые стороны

электролизера.

По-разному осуществляется и эвакуация анодных газов, образующихся в про-

цессе электролиза на электролизерах разных типов. На электролизерах БТ все устрой-

ство, ограниченное коркой электролита и боковыми поверхностями анода, перекрыто

шторными укрытиями. Анодные газы, содержащие горючий оксид углерода, выделяют-

ся через специально устраиваемые отверстия в корке электролита «огоньки». При этом

горючие компоненты анодного газа сгорают, а продукты горения удаляются с отсасы-

ваемой от электролизера газовоздушной смесью.

На рисунке 2.10 представлена конструкция электролизера БТ.

Рисунок 2.10 - Электролизер БТ:

1 - катодные угольные блоки; 2 - анодный массив; 3 - анодный токоведущий штырь;

4 - анодная шина; 5 - механизм подъема штор; 6 - механизм перемещения анода; 7 - шторное

укрытие; 8 - патрубок отсоса газов

Электролизеры ОА отличаются от рассмотренных выше электролизеров ВТ и БТ

конструкцией анодного устройства. Обычно электролизеры ОА имеют многоблочный

анодный массив. Число анодных блоков зависит от их размеров.

Анодами служат формированные и прессованные угольные блоки, обожженные

в печах при конечной температуре 1100-1200 °C. После обжига анодов в них монтиру-

ются анододержатели, в комплекте с которыми они поставляются в корпус электроли-

за. Аноды присоединяются к анодным шинам с помощью анододержателей, алюмини-

евая штанга которых прижимается специальным зажимом к шине, а стальная (ниппели)

закрепляется в ниппельных гнездах блока с помощью чугунной заливки. Для переме-

щения анодного массива на электролизере имеется подъемный механизм.

Укрытие электролизера ОА предназначено для сбора и удаления образующихся

вредных веществ. Газы направляются на улавливание ценных компонентов и регене-

рацию фторсолей. На рисунке 2.11 представлена конструкция электролизера ОА.

Рисунок 2.11 - Электролизер ОА:

1 - анодная шина; 2 - катодное устройство; 3 - ОА; 4 - анодные штанги; 5 - анодная рама;

6 - створки укрытия

2.4 Литейное производство

Основное назначение литейных цехов алюминиевых заводов - прием алюминия-

сырца из корпусов электролиза, его переработка и выпуск товарной продукции.

Литейные отделения входят в состав всех действующих алюминиевых заводов и

выпускают алюминиевые чушки разных типоразмеров, плоские, Т-образные и цилин-

дрические слитки, катанку, алюминиевые сплавы разных марок.

Схема технологического процесса производства алюминиевой продукции преду-

сматривает определенную последовательность. Жидкий алюминий-сырец из корпусов

электролиза поступает в литейный цех в специальных ковшах и заливается в миксеры,

где происходит приготовление расплава. Для доведения расплава в миксере до задан-

ного химического состава проводятся операции флюсования, отстоя и снятия шлака.

Затем металл поступает в раздаточный миксер, из которого проводится разливка рас-

плава на литейную машину для литья соответствующего вида алюминиевой продук-

ции. Готовая к отгрузке потребителям алюминиевая продукция накапливается на скла-

дах, где формируются транспортные партии.

Основное технологическое оборудование, используемое при получении алюми-

ниевой продукции, и его описание приведено в таблицах 2.14-2.15.

Таблица 2.7 - Описание технологического процесса

Основное тех-

Этап процесса

Входной поток

Выходной поток

нологическое

Эмиссии

(подпроцесс)

оборудование

Пыль неоргани-

Приготовление

ческая в атмо-

Алюминий-

расплава за-

сферу. Шлак

Расплав

Миксер

сырец, флюсы

данного химиче-

алюминия -

ского состава

твердый отход

на переработку

Пыль неоргани-

Подача распла-

Расплав

Миксер

ческая в атмо-

ва

сферу

Пыль неоргани-

Алюминиевая

Литейная маши-

Расплав

Литье расплава

ческая в атмо-

продукция

на

сферу

Таблица 2.8 - Основное оборудование

Наименование

Назначение оборудования

Технологические характеристики

оборудования

Электрические отражательные пе-

Приготовление расплава, поддер-

чи. Емкость миксеров - 15-60 т.

жание его заданной температуры,

Время заливки - до 1,5 ч. Доведе-

Миксеры

подача расплава на литейную ма-

ние расплава до заданного химиче-

шину

ского состава - до 1 ч. Флюсование,

отстой, снятие шлака - до 1 ч

Оборудована пультами управления

основными параметрами (темпера-

тура металла, скорость литья, дав-

Литейная ма-

Фиксация литейной оснастки, фор-

ление в системе и расход охла-

шина

мообразование литья

ждающей воды). Подготовка литей-

ной оснастки к литью - до 1 ч. От-

ливка слитков - в среднем 1,15 ч

2.5 Производство технического кремния

Подготовка сырья

Кварцит поступает в склады сырья по железной дороге в полувагонах. Подача

полувагонов в склад и их маневр осуществляются с помощью тепловоза. Рабочие от-

деления подготовки производства с посадочного мостового крана открывают люки по-

лувагонов, и кварцит разгружается в приёмные траншеи склада. Закрытие люков полу-

вагонов производится с помощью тельфера, установленного на площадке посадочного

крана. Кварцит из приёмных траншей грейферным краном перегружается в закром для

хранения кварцита.

Кварцит из закрома с помощью грейферного крана подаётся на решётку бункера

кварцита склада сырья с ячейкой 200x200 мм. Из бункера сырья кварцит питателем

подаётся на грохот ГИЛ-32, где класс -20 мм подаётся на площадку складирования

отсевов, а классы от +20 до +100 мм поступают в сортовые бункера кварцита. В зави-

симости от вида используемого кварцита класс крупности может изменяться. Для

улавливания металлических предметов над ленточным конвейером установлен маг-

нитный сепаратор.

Нефтяной кокс поступает на склад сырья в полувагонах. Разгрузка производится

подобно разгрузке кварцита в приемные траншеи для выгрузки нефтяного кокса.

Нефтяной кокс из приёмных траншей грейферным краном перегружается в закром для

хранения. Нефтяной кокс из закрома грейферным краном подаётся на решетку бункера

восстановителя склада сырья с ячейкой 200x200 мм. Нефтяной кокс подвергается

дроблению и грохочению до класса 5-20 мм и по транспортной системе подается

в сортовые бункера, класс -5 мм подается в бункер отсева, откуда происходит реали-

зация потребителю. Размер кусков вводимого в шихту нефтяного кокса - от 5 до 20 мм.

С целью достижения оптимального электросопротивления и реакционной способности

подготовленный для введения в шихту нефтяной кокс должен содержать:

- основного класса (фракции) 5-16 мм не менее 85 %;

- основного класса (фракции) 16-20 мм не более 15 %;

- фракции -5 мм допускается не более 5 %;

- наличие фракции +20 мм не допускается.

При отсутствии реализации отсева нефтяного кокса допускается введение его

в шихту, минуя стадию грохочения.

Древесный уголь поступает в склад сырья на автотранспорте, в крытых вагонах

и полувагонах по железной дороге. Древесный уголь из железнодорожных вагонов раз-

гружается с помощью пневморазгрузчиков. Уголь из приёмных траншей грейферным

краном перегружается в отсек для хранения. Древесный уголь, поступивший на пред-

приятие в автотранспорте, разгружается в складе сырья в отсек или в сортовые бунке-

ра.

Древесный уголь при длительном хранении в контакте с кислородом воздуха

способен окисляться, и выделяющееся при этом тепло может привести к самовозгора-

нию древесного угля. Поэтому установлена следующая схема хранения и переработки

древесного угля: разгруженный на складах сырья древесный уголь хранится в отсеке

объёмом не более 500 м3 в течение 7 суток, далее осуществляется равномерная по-

дача в производство. При обнаружении очага самовозгорания древесного угля необхо-

димо действовать в соответствии с ПЛА.

Древесный уголь транспортируется по той же технологической линии, что

и нефтяной кокс, но дроблению не подвергается.

Каменный уголь поступает в склады сырья в полувагонах. Разгрузка производит-

ся подобно разгрузке кварцита в предназначенные для каменного угля траншеи. Ка-

менный уголь из приёмных траншей грейферным краном перегружается в отсек для

хранения.

Каменный уголь перерабатывается по той же технологической линии, что

и нефтяной кокс. При подготовке к производству каменный уголь подвергается дробле-

нию и рассеву. Каменный уголь класса 5-25 мм по транспортной системе подается

в сортовые бункера, класс -5 мм подается в бункер отсева (или на открытую площад-

ку), откуда происходит реализация потребителю.

Древесина технологическая поступает на Центральный склад в полувагонах

и автотранспортом. С Центрального склада балансы консольно-козловым краном, обору-

дованным грейфером леса, подаются на разобщитель брёвен. С разобщителя бревен ба-

лансы подаются толкателем на питатель рубительной машины UTC -1000-2N. Щепа кон-

вейерным транспортом загружается в сортовые бункера дозировочного отделения. Разме-

ры вводимой в шихту щепы - 20×80×60 мм, менее 20 мм допускается не более 5%.

Разгрузка и размещение электродов диаметром

1205 мм осуществляется

на специальных подставках. Хранят электроды в упакованном виде на Центральном

складе.

Расчет шихтовых материалов

Расчет шихтовых материалов ведется на одну навеску шихты, кварцита 450 кг.

Для расчетов принят коэффициент пересчета кварцита, равный 0.4, показывающий,

что для восстановления 1 кг кварцита требуется 0.4 кг твердого углерода. Теоретиче-

ский расчет навески ведем при избытке твердого углерода - 110 %. Содержание

твердого углерода в восстановителях рассчитывается по формуле:

(100

W)(A

V

)



100

где: W - содержание влаги, %

А - содержание золы, %

V - содержание летучих веществ, %

Содержание твердого углерода в восстановителях принято:

- в древесном угле - 0.7 ед.;

- в колумбийском каменном угле - 0.55 ед.;

- в казахском каменном угле - 0.48 ед.;

- в каменном угле ш. Листвяжная - 0.53 ед.;

- в буром угле - 0.34 ед.;

- в нефтяном коксе - 0.86 ед.;

- в щепе - 0.1 ед.

Соотношение компонентов восстановителей в навеске шихты устанавливает и

изменяет главный металлург, руководствуясь планом производства.

Пример расчета:

Кварцит 450 кг х 0,4 = 180 (кг углерода - 100% избытка); в пересчете

расчет восстановителей с избытком 110 % углерод - 198 кг.

Установлена навеска:

- количество каменного угля в навеске - 7,2 (кг углерода), в пересчете = 15 кг;

- количество колумбийского каменного угля - 112,75 (кг углерода), в пересчете =

205 кг;

- количество нефтяного кокса - 25,8 (кг углерода), в пересчете = 30 кг;

- количество древесного угля в навеске - 35 (кг углерода), в пересчете = 50 кг;

- количество щепы в навеске - 17,25 (кг углерода), в пересчете = 172,5 кг.

Избыток твердого углерода в навеске:

0,7др уголь0,86н кокс

0,55к уголь

щепа



тв

кварцит

Дозирование шихтовых материалов

В дозировочных отделениях электротермических отделений применены два

принципа автоматизированного дозирования шихты: порционный и непрерывный.

В линии порционного дозирования установлены порционные дозаторы, сборный

ленточный конвейер и шибер. Линия непрерывного дозирования состоит из ленточных

дозаторов дискретного действия и также сборного ленточного конвейера и шибера.

Работа дозировочных линий должна регулироваться так, чтобы обеспечивалось

заданное соотношение компонентов шихты и каждый последующий материал, по дви-

жению ленты сборного конвейера, накладывался на предыдущий, по всей его длине. В

виде «слоеного пирога» шихта поступает в главный корпус, где реверсивными конвей-

ерами распределяется по печным бункерам.

Контроль точности работы весовых дозаторов обеспечивается периодическими

контрольными взвешивания стандартными грузами 1 раз в неделю и показаниями ве-

сового бункера в соответствии с регламентом по выполнению контрольного взвешива-

ния. Результаты контроля фиксируются в журнале проверки весодозаторов.

Контроль над правильностью эксплуатации и работой весовых дозаторов осуществ-

ляется службой КИПиА, слесарем дозировочного отделения и старшим мастером ЭТО.

Служба КИПиА и слесари дозировочного отделения обязаны ежесуточно проверять работу

дозаторов и принимать срочные меры по устранению обнаруженных недостатков.

При обнаружении отклонений в работе дозаторов немедленно вызывается спе-

циалист службы КИПиА. За точность взвешивания и состав шихты несёт ответствен-

ность шихтовщик. Он же ведет учет расхода шихты, поступающей за смену на печи. На

основании данных шихтовщика старший плавильщик регистрирует в печном журнале

расход шихтовых материалов.

Восстановление кремния в печи и ведение плавки

Технический кремний выплавляется в руднотермических дуговых печах при не-

прерывной загрузке шихтовых материалов и периодических выпусках металла и шлака.

Обслуживающий персонал ведет периодическую обработку колошника, постоянное

наблюдение за работой печи, ее оборудованием, механизмами, показаниями кон-

трольно-измерительных приборов и принимает своевременные меры по устранению

причин, нарушающих ход печи.

Кремний, образовавшийся в нижних горизонтах ванны печи, в расплавленном

состоянии собирается на подине ванны печи и по мере накопления выпускается в ковш

или изложницу.

Нормальный ход печи характеризуется следующими признаками:

- равномерное выделение газов по всей поверхности колошника печи, отсут-

ствие потемневших спекшихся участков, отсутствие местных выделений газов («сви-

щей»);

- равномерный сход шихты по всей активной поверхности колошника и по кону-

сам вокруг электродов, отсутствие провалов в центре печи, соответствие количества

загружаемой шихты расходу электроэнергии. В центр ванны печи загружается 25-35 %

всей загруженной в печь шихты;

- устойчивая и глубокая посадка электродов;

- ровная, без значительных отклонений от заданной, электрическая нагрузка на

электродах;

- регулярный выход небольшого количества шлака (3-7 % от количества выпус-

каемого кремния);

- равномерный по выпускам выход кремния; в конце выпуска из летки должно

выбиваться пламя светло-жёлтого цвета.

Нормальный ход печи зависит от:

- физико-химического, гранулометрического состава, качества подготовки и до-

зирования шихтового материала;

- качества (правильности и своевременности) загрузки шихты в печь и ее обра-

ботки на колошнике печи;

-- электрического режима;

- режима работы электродов;

- состояния летки;

- качества обслуживания печной установки персоналом.

Загрузка шихты в печь

Загрузка шихты на колошник печи производится равномерно, небольшими пор-

циями, с таким расчетом, чтобы уровень колошника оставался постоянным. Вокруг

каждого электрода поддерживается конус шихты. Конусное расположение шихты во-

круг электродов увеличивает сопротивление выходу газов около электродов, предот-

вращает сужение тигля, создает условия для сохранения тепла и равномерного выде-

ления газов по всей активной поверхности колошника. Высота конусов должна быть

400-500 мм от верхнего среза ванны печи.

При вращении ванны необходимо проводить избирательный подход к обработке,

учитывая, что при набегании ванны на электрод в кольцевом зазоре тигля возникают

зона спекания и зона хорошего схода шихты с противоположной стороны.

Загрузка шихты должна производиться через труботечки, корректирующих доба-

вок - завалочной машиной. Количество загруженной шихты должно соответствовать

расходу электроэнергии 1 тыс. кВтч на 190-200 кг кварцита. Загрузка шихты в печь

должна производиться равномерно небольшими порциями по 200-220 кг или объем

0,7×0,7×0,7 м с каждой труботечки. Для улучшения работы печи, обеспечения равно-

мерной газопроницаемости, улучшения схода шихты, устранения свищей производится

обработка колошника опиковочной машиной. Обработка колошника должна произво-

диться опиковочной машиной путем выполнения поступательных, прокалывающих ко-

нус шихты движений жердью. Прокалывание шихты осуществляется от основания ко-

нуса к электроду с равномерным подгребанием шихты в круговую к телу электрода.

Обработка колошника должна производиться с периодичностью не менее четырех раз

в час.

Благодаря такой обработке спекшаяся шихта разрыхляется на мелкие куски,

не разрывая колошника, хорошо заполняя шахту тигля. Необходимо помнить, что са-

мой большой долей потерь является потеря тепла с отходящими газами 20 ÷ 22 %

и, кроме этого, выносится в виде моноокиси 20 ÷ 30 % кремния. В случае избытка или

недостатка углерода в шихте производится отдача корректирующей навески шихты на

колошник печи («тяжелой» - с повышенным содержанием кварцита, «лёгкой» восста-

новителя). Все корректирующие добавки, подаваемые в печь, отражаются в печном

журнале с указанием времени отдачи корректировки и места отдачи.

Режим работы электродов

Для обеспечения надлежащего хода технологического процесса необходимо обес-

печить равномерность перепуска электродов и их оптимально устойчивое погружение

в тиглях. Длина рабочих концов электродов должна составлять 2500-3200 мм (от нижнего

обреза контактных щек до нижнего конца электрода) при нижнем положении концевого

выключателя маневра. Для поддержания постоянной длины электрода по мере его сгора-

ния производится перепуск. Перепуск электродов производится старшим плавильщиком

печи (звеньевым) лично с соблюдением следующих требований:

- расход активной электроэнергии между перепусками должен составлять 35-

45 МВтч при величине перепуска 50 мм;

- положение электрододержателя должно быть не выше среднего между конце-

выми выключателями маневра;

- напряжение на перепускаемом электроде должно составлять не менее 100 В;

Для избегания термических напряжений величина разового перепуска должна со-

ставлять 25-50 мм.

Замер рабочего конца электродов производится на нормально работающей печи

по указанию старшего мастера, при отключении на ППР и при продолжительном рас-

стройстве печи. Расчет длины рабочего конца осуществляется на основании предыду-

щего замера, величины перепуска и съёма электроэнергии. При необходимости произ-

вести увеличение длины электродов, задание на форсированный перепуск дает стар-

ший мастер.

Перед отключением печи на планово-предупредительный ремонт перепуск элек-

тродов и снижение мощности производятся только в соответствии с графиком, выдан-

ным старшим мастером ЭТО.

В исключительных случаях при длинных электродах или глубоком закварцевании

печи делается обратный перепуск электродов. Разрешение на обратный перепуск вы-

дает директор по производству. Обратный перепуск производится только при закрытом

вентиле подачи воды в систему гидроприжима контактных щек под непосредственным

руководством мастера смены.

Выпуск кремния

Выпуск кремния производится периодически или непрерывно в ковш с последу-

ющим рафинированием и разливкой в изложницы. Летка печи должна иметь правиль-

ную (круглую) форму и разделываться до диаметра 120-180 мм с тем, чтобы обеспе-

чить полный выход кремния, шлака и иметь минимальные тепловые потери. Вскрытие

летки производится электрической дугой, горящей между графитированным электро-

дом (Ø100 мм) прожигового аппарата и сводом летки. В начале выпуска отверстие де-

лается небольшим с целью избегания бурного выхода кремния. Во время выпуска

и особенно в конце его для обеспечения выхода шлака и кремния летка шуруется де-

ревянной сухой жердью. Если канал летки шлакуется, выход кремния и шлака затруд-

нен, то летка прогревается электрической дугой прожигового устройства. В конце вы-

пуска леточный канал очищается от шлака и застывшего кремния с применением ап-

парата для прожига летки.

Закрытие летки производится при помощи конусов (брикетов) и шариков из гли-

ны. Леточный канал должен быть закрыт на глубину не менее 200-300 мм за границей

сводика, при закрытии используется трамбовка длиной 4-6 м. Запрещается перекры-

вать леточный канал на уровне сводика. Лоток сливного желоба меняется не реже од-

ного раза в сутки, а также при необходимости в случае зашлакования, разрушения или

установки сводика. В случае значительного увеличения диаметра лётки (250-300 мм),

а также нарушения внутренней поверхности угольной футеровки леточного канала,

необходимо: разжечь лётку, удалить из летки шлак, закрыть ее конусом из электродной

массы и набить летку электродной массой. На следующем выпуске летка прожигается

до нормальных размеров. Восстановление футеровки леточного узла производится

при установке сводика не реже одного раза в 12-15 дней в присутствии бригадира пе-

чи. Замена коренного блока проводится для устранения подсоса воздуха и восстанов-

ления угольной футеровки леточного узла во время планово-предупредительного ре-

монта печи.

Перед вводом ковшей в эксплуатацию необходимо произвести разогрев и обжиг

футеровки. Обжиг футеровки и разогрев ковша ведется с помощью топливной горелки

в течение 5-7 часов. После прогрева до температуры футеровки 1000-1100 °C, что со-

ответствует температуре кожуха ковша на расстоянии 20-50 мм ниже бандажа в 250-

350 °C, ковш готов к работе.

Прогретый ковш ставится на самоходную тележку, присоединяется рукав для по-

дачи сжатого воздуха и закрывается крышкой. Включается подача сжатого воздуха,

и с помощью приборов контроля устанавливается расход воздуха 20-30 нм³/час.

Тележка с ковшом устанавливается под летку и производится выпуск кремния.

Непосредственно перед открытием летки и выпуском расплава в ковш увеличивается

расход подаваемого для рафинирования сжатого воздуха до 30-60 нм³/час.

Для предотвращения переливания кремния через носок ковша при выкатывании

тележки с ковшом, наполненным жидким кремнием, следует выдерживать уровень

кремния не более 200 мм до желоба сливного носика ковша.

Плавильщик обязан после разливки кремния и очистки ковша от шлака, а также

приемки и сдачи смены, производить осмотр ковша на наличие неисправности, разру-

шения футеровки и при обнаружении ставить в известность мастера. Мастер смены

принимает решение о возможности дальнейшей эксплуатации разливочного ковша.

В начале, середине и в конце набора ковша старший горновой в специальный

графитовый тигель отбирает пробу расплава для экспресс-анализа содержания приме-

сей в расплаве в текущей плавке.

Нормальная продолжительность набора ковша составляет от 1 до 3,3 ч.

Рафинирование кремния

В процессе выплавки кремния окислы Al2O3, CaO и другие, содержащиеся в виде

примесей в основном сырье и восстановителях, восстанавливаются не полностью.

Оставшиеся невосстановленными окислы алюминия и кальция образуют с кремнезе-

мом шлаки, которые запутываются в кремнии как в виде отдельных крупных скоплений,

так и в виде мелких включений.

Рафинирование кремния в основном проводится для снижения содержания

алюминия и кальция путем окисления их кислородом, содержащимся в сжатом возду-

хе, пропущенном через расплав:

2Al + 1,5O2 = Al2O3

Ca + 0,5O2 = CaO.

Выделенное тепло обеспечивает повышение температуры расплава в ковше.

Кислород, введенный в расплав через пробку в виде кислорода или сжатого воздуха,

очень быстро и эффективно окисляет кремний и создает над пробкой пористый нако-

нечник («гриб»). Наличие данного «гриба» необходимо для предотвращения прямого

контакта пробки со шлаком.

Поскольку температура плавления шлака составляет 1450 ºС, выше температуры

плавления кремния 1414 °С, и плотность шлака 2,8 г/см³, что выше плотности кремния

2,518 т/м³, в жидком состоянии мелкодисперсные частицы шлака постепенно коагулируют в

более крупные и, имея несколько большую плотность, оседают на дно ковша.

Для более полного отделения шлака от расплава кремния добиваются следую-

щего состава шлака:

69% SiO2 - 18% Al2O3 - 13% CaO

Во время рафинирования возникают трудности из-за всплытия шлака, при котором

очень трудно избежать его перемешивания с расплавом кремния во время разливки, из-за

чего в кремнии появляются шлаковые включения. Целенаправленная подача песка перед

разливкой позволяет коагулировать мелкие капли шлака на зернах песка, которые из-за

большей плотности, чем расплав кремния, соединяются с донным шлаком.

В настоящее время в практике очистки кремния от примесей кальция использу-

ется способ продувки расплава окислительным газом через донную продувочную проб-

ку (фурму) (рисунок 2.12):

Рисунок 2.12 - Донная продувочная пробка (фурма)

Пористые продувочные пробки с каналами прямоугольного сечения позволяют

обеспечить проход через пробку определенное и контролируемое количество газа, что

обеспечивает автоматизацию процесса рафинирования кремния.

Для рафинирования кремния используется сжатый воздух с давлением 5-6 кг/см².

В ходе процесса рафинирования из-за протекающих в расплаве кремния экзотер-

мических реакций окисления в ковше происходит увеличение температуры расплава.

Для контроля температуры расплава в процессе заполнения и отстоя на рафинирова-

нии производится замер температуры кремния через сливной носок с помощью по-

гружной термопары при уровне расплава не менее 400-500 мм от верхнего среза ко-

жуха ковша. Показания результатов измерений записываются в карту рафинирования.

Оптимальная температура расплава в ковше при рафинировании составляет

1550±20 °C, более высокая температура приводит к повышенному износу огнеупорной

футеровки и повышает риск прогара ковша. Для снижения температуры расплава

кремния в ковш загружается кусковой кремний, а также кварцевый песок порциями по

3-7 кг и общим количеством 20-80 кг.

При зашлаковании подины ковша для размывания и разжижения шлаков, отложив-

шихся на подине и стенках ковша, перед выпуском в ковш производится загрузка известня-

ка в количестве 20-40 кг. Мастер смены на основании информации, полученной от старше-

го горнового о состоянии зашлакованности ковша и анализов рафинированного кремния,

определяет количество известняка для загрузки в ковш и дает распоряжение о загрузке из-

вестняка старшему горновому. Загруженный в ковш известняк, вступая в окислительную

реакцию, способен поднимать температуру расплава кремния.

Перед загрузкой в ковш кварцевый песок и известняк предварительно насыпают

на крышку ковша, прогревают данные материалы в течение 15-20 минут и после этого

постепенно, порциями по 3-7 кг, загружают в ковш.

После заполнения ковша расплавом кремния летку закрывают, ковш перемещают

к остывочному пролету под вытяжку и продолжают рафинирование в течение 1,5-2 ч.

Технологическая схема рафинирования технического кремния представлена на

рисунке 2.13:

Рисунок 2.13 - Технологическая схема рафинирования технического кремния

Разливка кремния

Разливка кремния из ковша осуществляется в чугунные или комбинированные

изложницы. Температура кремния в ковше при разливке должна быть 1430-1450 °C,

при более высокой температуре увеличиваются жидкотекучесть шлака и его плохое

отделение от жидкого кремния во время разливки при прочих равных условиях.

Крюком мостового крана ковш зацепляется за траверсу ковша и перемещается к

линии разливки кремния. Ковш разворачивается сливным носком в сторону изложниц,

и кремний разливается последовательно от одной изложницы к другой.

Перед началом разливки поверхность изложниц должна быть подсыпана ровным

слоем отсева толщиной 20-30 мм. На место падения струи укладываются куски крем-

ния от предыдущих плавок фракцией 200-300 мм в количестве 3-4 шт.

Сразу после окончания разливки перед чисткой ковша производится очистка

продувочной пробки путем резкого открытия вентиля сжатого воздуха на максималь-

ный расход.

Очистка ковша производится в отведенном для этой операции месте. Над шла-

ковней ковш наклоняется носком в нижнее крайнее положение. Шлак самопроизвольно

стекает из ковша в шлаковню. Остатки шлака удаляются с помощью машины для чист-

ки ковша (МЧК). При выполнении операции по чистке ковша запрещается наносить

прямые удары по носику ковша, так как из-за ударов в этом месте происходит разру-

шение футеровки. После очистки ковш устанавливается на тележку для транспорти-

ровки ковшей, закрывается крышкой. Застывший на сливном носке шлак удаляется с

помощью отбойного молотка или лома после установки крышки.

Для сокращения потерь при разливке изложницы устанавливаются горизонталь-

но, вплотную друг к другу. Углы изложниц, а также разрушенные места подсыпаются

отсевом кремния.

Для обеспечения минимальных потерь кремния разбрызгиванием во время раз-

ливки наклон ковша производят равномерно, выдерживая высоту от сливного носка

ковша до поверхности изложницы не более 150-300 мм.

Наличие влаги (снега) в изложницах, а также подсыпание изложниц влажными

отсевами кремния категорически запрещается.

Заполнение изложниц разливаемым кремнием производится равномерно, не до-

пуская переливов, слиток по толщине должен быть ровным не более 150 мм.

В течение разливки кремния из ковша в комбинированные изложницы плавиль-

щики тщательно следят за тем, чтобы в разливаемый кремний не попадали посторон-

ние примеси (куски шлака, глины, бетона от носика ковша и т. д.). При попадании по-

сторонних примесей в разливаемый кремний их немедленно извлекают сухой деревян-

ной жердью.

Слитки кремния, остывшие до темно-вишневого цвета, извлекаются из изложниц

клещами и складируются в технологическую тару.

Характеристика товарной продукции и отходов производства кремния

Требования к техническому кремнию

Технический кремний выпускается в соответствии с техническими условиями

предприятий путем восстановительной плавки кварцита (прямое карботермическое

восстановление) в дуговых электропечах и внепечным рафинированием в ковшах,

предназначенных для изготовления алюминиево-кремниевых сплавов, производства

кремнийорганических соединений, производства полупроводникового кремния. Пре-

дельно допустимое содержание основных примесей в техническом кремнии представ-

лены в таблице 2.16.

Таблица 2.16 - Марки и химический состав кремния

Массовая доля, %

Марка

Примеси, не более %

кремния

не менее

3301

99,3

0,30

0,010

3001

99,3

0,30

не регламентируется

0,010

3302

99,3

0,30

0,020

3303

99,3

0,30

0,030

3003

99,3

0,30

не регламентируется

0,030

331

99,2

0,30

0,10

352503

99,2

0,35

0,25

0,03

4401

99,1

0,40

0,010

4001

99,1

0,40

не регламентируется

0,010

4402

99,1

0,40

0,020

4403

99,1

0,40

0,030

4003

99,1

0,40

не регламентируется

0,030

441

99,0

0,40

0,10

443

98,9

0,40

0,30

434

98,9

0,40

0,30

0,40

5503

98,9

0,50

0,03

551

98,9

0,50

0,10

553

98,7

0,50

0,30

554

98,6

0,50

0,40

665

98,4

0,60

0,50

751

98,6

0,70

0,50

0,10

776

98,0

0,70

0,60

868

97,8

0,80

0,60

0,80

951

98,4

0,90

0,50

0,10

1078

97,5

1,00

0,70

0,80

10610

97,4

1,00

0,60

1,00

1551

97,8

1,50

0,50

0,10

15715

96,3

1,50

0,70

1,50

По согласованию с потребителями могут лимитироваться и другие примеси,

например, Ti, B, P, Ni, Mn и др. Массовые доли примесей определяются различными

инструментальными методами и химическим анализом. Массовая доля кремния уста-

навливается, как разность между 100 % и суммой определяемых примесей (Fe, Al, Ca,

Ti) + 0,1% других примесей в процентах. В кремнии, предназначенном для производ-

ства алюминиево-кремниевых сплавов, допускается массовая доля алюминия до 2 % с

соответствующим снижением массовой доли кремния. В этом случае к обозначению

марки кремния добавляется буква А, например, 553А. Кремний может изготавливаться

с содержанием фосфора не более 0,003 %. В этом случае к обозначению марки крем-

ния добавляется буква P. Кремний изготовляют в виде кусков размерами от 10 до

100 мм (содержание фракции 10-100 мм - не менее 90 % массы партии). По согласо-

ванию с потребителем кремний может изготавливаться другого гранулометрического

состава. При незначительных расстояниях от кремниевого производства до цеха изго-

товления алюминиевых сплавов кремний может поставляться в виде расплава в смеси

с алюминием.

В кремнии, предназначенном для химической промышленности, поверхность

кусков кремния не должна содержать включений шлака, песка, железа от изложниц и

других инородных включений. На поверхности кусков кремния, предназначенного для

производства алюминиево-кремниевых сплавов различных марок, допускаются следы

противопригарной засыпки, ликвационные наплывы, брызги кремния, пленки побежа-

лости, отдельные шлаковые и другие инородные включения, которые не должны пре-

вышать 0,1 % масс.

Наименование, назначение и краткое описание технологического оборудования

производства технического кремния в электротермических печах приводится в табли-

це 2.17.

Таблица 2.17 - Технологическое оборудование для производства технического кремния

Основные

Режим работы и назначение

Наименование

характеристики

оборудования

Q=10 тн

Непрерывный. Перемещение посту-

Кран мостовой грейферный

Vгрейф. = 3 м³

пающего сырья из п/в и траншей в за-

l= 22.0

крома и загрузочные бункеры ОКД

Открытие и закрытие люков п/вагонов.

Кран мостовой электрический,

Q=10 тн

С платформы крана открываются и

посадочный

L = 22.0

закрываются двери вагонов

Электрический подвесной подъ-

Открытие и закрытие люков полуваго-

Q=1 тн

емник

нов

Разгрузка вагонов ж/д состава и авто-

Кран консольно-козловой с

Q=32 тн

транспорта с лесом, подача леса в

грейфером для подачи леса

производство

Расформирование пакета бревен до

Разобщитель бревен ЛТ-80

V=10 м³

поштучной подачи в толкатель

Машина рубительная UТС-1000-

Р=100 м³/час

Производство древесной щепы

В=800 мм

Конвейер ленточный желобча-

L=133 м

Непрерывный. Подача щепы

тый

V=1,37 м/сек

В=800 мм

Конвейер ленточный желобча-

L=66 м

Непрерывный. Подача щепы

тый

V=0,95м/сек

В=800 мм

Конвейер ленточный желобча-

L=38 м

Непрерывный. Подача щепы

тый

V=0,95м/сек

Промежуточный бункер, с сеткой

V= 40 м³

Подача материала на питатель

200 x200 мм

Вибропитатель ПЭВ 1200/430-

Р -30 м³/час; U -

Подача кварцита из приемного бунке-

2000-150

24 B

ра на питатель

Продолжение таблицы 2.17

Основные

Режим работы и назначение

Наименование

характеристики

оборудования

Р=100 м3/час

Подача кварцита из приемного бун-

Конвейер ленточный

В=800 мм

кера на конвейер № 483

L=6000 мм

Р=185 т/час

Подача восстановителя из бункера на

Питатель пластинчатый ПЛ-8

В=800 мм

колосниковый грохот

L=9000 мм

Дробилка двухвалковая, зубча-

Р=20÷100 м³/час,

Непрерывный. Дробление восстано-

тая ДДЗ-6

класс 0÷75 мм

вителей

Таль электрическая передвиж-

Q=3 тн

Монтажные работы

ная ТЭ2-541

L=12 м

Q=3,2 тн

Таль ручная

Монтажные работы

L=3 м

В=650 мм

Конвейер ленточный стацио-

Непрерывный. Подача восстановите-

L=82 м

нарный

ля

V=1,5 м/сек

В=650 мм

Конвейер ленточный стацио-

L=82 м

Непрерывный. Подача кварцита

нарный

V=1,5 м/сек

Непрерывный. Отсев кварцита -

20 мм при влажности <6 %

Грохот инерционный ГИЛ-32

Р = 60÷150 тн/час

Отсев восстановителей -5мм при

влажности <6-10%

Таль электрическая передвиж-

Q=3 тн

Монтажные работы

ная ТЭ3-531

L=18 м

Q=3,2 тн

Таль ручная

Монтажные работы

L=3 м

2,9 кВт, глубина зо-

Подвесной электромагнитный

Выбор металлических предметов во

ны извлечения -

железоотделитель ПЭЖ - 100

время подачи шихты

400 мм

1,2 кВт, масса из-

Шкивной электромагнитный же-

Выбор металлических предметов во

влекаемых предме-

лезоотделитель ПМШ - 6365 П

время подачи шихты

тов - до 15 кг

Промежуточный бункер для от-

Хранение отсевов восстановителей

10 м³

севов восстановителей

перед отгрузкой

Дробилка двухвалковая, зубча-

Р=20÷100 м³/час,

Непрерывный. Дробление восстано-

тая ДДЗ-4

класс 0÷75 мм

вителей

В=650 мм

Конвейер ленточный желобча-

L=94 м

Непрерывный. Подача шихты

тый

V=0,95 м/сек

В=650 мм

Конвейер ленточный желобча-

L=94 м

Непрерывный. Подача шихты

тый

V=0,95 м/сек

Продолжение таблицы 2.17

Основные

Режим работы и назначение

Наименование

характеристики

оборудования

Конвейер ленточный желобча-

В=800 мм

Загрузка шихты в сортовые бункеры

тый

L=18,5 м

Сортовые бункеры

V=130 м³

Хранение шихтовых материалов

Дозатор весовой автоматич.

Взвешивание шихтового материала

АВДИ-425М

Дозатор весовой автоматиче-

Взвешивание кварцита, древесного и

ский АВДИ-2400М

каменного углей, щепы

Питатель электрический вибра-

Подача шихтовых материалов на

Р -30 м³/час; U- 24 B

ционный тип ПЭВ-4

сборную ленту

Конвейер ленточный желобча-

В=1000 мм

Непрерывный. Транспортировка ших-

тый

L=37 м

ты

В=650 мм

Конвейер ленточный желобчатый

Непрерывный. Транспортировка шихты

L=37 м

Дозатор весовой непрерывного

Дозирование древесного угля и

тип 4286 ДН

действия

нефтекокса

Конвейер ленточный желобча-

В=800 мм

Непрерывный. Подача дозированной

тый

L=128 м

шихты

Конвейер ленточный желобча-

В=800 мм

Непрерывный. Подача дозированной

тый №25

L=22 м

шихты

Конвейер ленточный желобча-

В=800 мм

Непрерывный. Подача дозированной

тый №26

L= м

шихты

Конвейер ленточный реверсив-

В=800 мм

Непрерывный. Подача дозированной

ный

L=89 м

шихты в печные бункеры

Хранение дозированной шихты до

Печные бункеры

V= 130 м³

подачи в производство

Нраб - 250 кг; Pараб -

Машина опиковочная

5-6 кгс/см²; V -

Непрерывный. Обработка колошника

56 м/мин

Машина опиковочная DANGO-

Нагрузочная спо-

Непрерывный. Обработка колошника

DIENENTAL

собность - 2000 кг

Vбунк - 1,8 м

Непрерывный. Подача корректиро-

Машина загрузочная

Р - 20 т/час

вочной шихты

Ковш для рафинирования

V=3,2 тн

Приём и разливка жидкого кремния.

Q = 10 тн;

Непрерывный. Для транспортировки

Тележка самоходная

V- 0,2 м/сек

ковшей и изложниц с кремнием

Pараб - 5 кгс/см²

На жидком топливе для разогрева

Форсунка (топливная горелка)

V - 20 кг/час

ковшей

Hбалки - 2,7 м;

Непрерывный. Чистка ковшей от

Машина для чистки ковшей

Нраб - 250 кг; Pараб -

шлака после разливки кремния

5-6 кгс/см²;

Кран мостовой электрический

Q = 20/5 тн

Перемещение грузов в ЭТО-1

литейный

Окончание таблицы 2.17

Основные

Режим работы и назначение

Наименование

характеристики

оборудования

Кран мостовой электрический

Q = 20/5 тн

Перемещение грузов в ЭТО-1

литейный

Кран мостовой электрический

Q = 20/8 тн

Перемещение грузов в ЭТО-1

литейный

Изложница комбинированная

V=300 ÷ 400 кг

Для разливки жидкого кремния

Для монтажных работ в т.ч. для из-

Лебёдка монтажная

Q = 10 тн; V-3,5тн

влечения обломков электродов

Кюбель с решеткой для слитков

Охлаждение слитков кремния после

Q = 5 тн

кремния

разливки

Pараб - 1-10 кгс/см²

Для подачи газовоздушной смеси в

Газосмешивающая панель

V - 1-39.6 м³/мин.

ковш для рафинирования

GA - 250 АА - 10.0

Выработка газо-воздушной смеси для

Компрессор Атлас-Копко

Pараб - 10 кгс/см²

рафинирования

V - 39.6 м³/мин.

Внешняя сеть сжатого воздуха

Pараб - 10 кгс/см²

Транспортировка газо-воздушной смеси

Лебёдка

V= 0,08 м/сек

Подъём и установка крышек ковшей

Тип ЛКФ-1

H= 10 кН

Кран мостовой электрический

Q = 10 тн

Монтаж и установка электродов на

№6, №7

L=16,5 м

печах

Pн=16,5 МВА

Nф=3

Рудотермическая печь РКО-16,5

Dэл-да=1205 мм

КрИ

Dрасп.эл.=2980 мм

Производство технического кремния

РТП-1, РТП-2

Dкожуха=7300 мм

Dпл.простр.=5700 мм

Hпл.=2300 мм

Pн=25 МВА Nф=3

Dэл-да=1205 мм

Рудотермическая печь РКО-25

Dрасп.эл.=3140 мм

Производство технического кремния

КрИ1

Dкожуха=9100 мм

Dпл.простр.=7000

Hпл.=3000

Pн=22,5 МВА

Nф=3

Рудотермическая печь РКО-16,5

Dэл-да=1205 мм

КрИ

Dрасп.эл.=2980 мм

Производство технического кремния

РТП-3, РТП-4

Dкожуха=7300 мм

Dпл.простр.=5700 мм

Hпл.=2300мм

Механизм для довинчивания

Довинчивание электродов

D =1205 мм

электродов

Ø 1205 мм

Траверса для электродов 1205

Перемещение и монтаж электродов

Q = 10 тн

мм

Ø 1205 мм

Траверса

Q = 10 тн

Перемещение ковшей с кремнием

Основные этапы производства технического кремния карботермическим спосо-

бом и сопутствующие им эмиссии указаны в таблице 2.18.

Таблица 2.18 - Основные этапы производства технического кремния карботермиче-

ским способом и сопутствующие им эмиссии

Основное

Выходной

Входной поток

Этап процесса

технологическое

Эмиссии

поток

оборудование

Сырье (кварцит,

карбид кремния,

древесный уголь,

Сортированные

Транспорт, разгру-

нефтяной кокс, ка-

Приёмка, склади-

сырьевые ма-

зочные устройства,

менный уголь, ще-

рование, сорти-

териалы.

ручной труд

Пыль

па и др.).

ровка

Графитированные

Электроды

и угольные элек-

троды

Приготовление

шихты, измельче-

Дробилки, грохота,

То же

ние, рассев.

Шихта

Пыль

сита, транспортеры

Установка элек-

тродов в печь

Электротермическая

Шихта сырьевых

Загрузка, выплав-

Расплав крем-

Пыль,SO2,

печь, летка, излож-

материалов

ка

ния

NOx, CO

ницы

Расплав кремния,

Расплав крем-

Разливочные ковши,

Рафинирование

Пыль

флюсы

ния, шлак

изложницы

Товарный

Щековая дробилка,

Слитки кремния

Разделка

кремний, фрак-

грохота, ленточный

Пыль

ция 0-5 мкм

конвейер

Таблица 2.19 - Технологические характеристики печей

Показатель, единицы

Наименование печи

измерения

РКО-11.0КрИ

РКО - 16,5КрИ

РКО - 25КрИ

Производительность, кг/час

500-600

800-900

1200-1300

Габариты печи, мм

6260х4790х3680

Размер шахты, мм

4900х3200х1950

Температура в печи, ℃

1800-2200

Мощность, кВА

11000

16500

25000

Количество трансформаторов

на печь, шт.

Тип и мощность трансформа-

тора, кВА

ЭОЦН-

ЭОЦН-8200/10,

ЭОЦН-

8200/10 - 69У3

3 шт., 5500

21000/10, 3 шт.,

8333

2 шт., 5500

Объемный расход дымовых га-

30-40

65-75

110-120

зов, м³/сек

Температура дымовых газов, ℃

200-270

180-250

180-50

Наименование, назначение и краткое описание природоохранного оборудования,

применяемого в производстве технического кремния в электротермических печах, при-

водится в табл. 2.20.

Таблица 2.20 - Природоохранное оборудование

Наименование

Технологические

Назначение оборудования

оборудования

характеристики

Очистка от пыли аспирационного воздуха

при разгрузке, складировании, транспорте,

Одиночные, групповые, спи-

пересыпке, измельчении, грохочении сырье-

рально-конические,

Циклоны

вых материалов, полупродуктов, товарной

КПД 75-95 %, остаточная за-

продукции по всем переделам технологиче-

пыленность - до 20 мг/м³

ского процесса, отходящих газов РТП

Очистка от пыли аспирационного воздуха

Типа СМЦ, ФРКН, ФРИА и др.

при разгрузке, складировании, транспорте,

с термостойкой тканью (до

пересыпке, измельчении, грохочении сырье-

Рукавные

250 ℃) для рукавов; КПД - до

вых материалов, полупродуктов, товарной

фильтры

99 %, с отдувкой и регенера-

продукции, отходящих газов РТП (с силоса-

цией остаточная запылен-

ми, оснащенными системами для уплотне-

ность до 20 мг/м³

ния пыли)

КПД до 85 %, остаточная за-

Скруббера

Очистка отходящих газов печей от пыли и

пыленность газов - до

полые

оксидов серы

100 мг/нм³, концентрация

2.6 Основные мероприятия по снижению расхода сырья и электроэнергии

2.6.1 Мероприятия при производстве первичного алюминия

Основные пути снижения расхода глинозема - снижение потерь при транспорти-

ровке и загрузке в электролизеры и повышение его качества. От качества глинозема

зависит не только сортность получаемого алюминия, но и его расход, так как глинозем

содержит разное количество мелких фракций, значительная часть которых улетучива-

ется при транспортировке и обработке ванн. Заметным резервом снижения расхода

глинозема является применение пылеуборочных машин в корпусах электролиза, а так-

же переработка пыли, собранной с кровли корпусов; однако отсутствие учета расхода

по корпусам электролиза не стимулирует снижение его расхода. Применение центра-

лизованной раздачи глинозема (ЦРГ) в сочетании с автоматической подачей глинозема

(АПГ) в электролизер позволит резко снизить его расход и, кроме того, стабилизируя

концентрацию глинозема в электролите, снизит электросопротивление, расход элек-

троэнергии и, как следствие, себестоимость алюминия.

К одним из важных направлений производства анодов и анодной массы следует

отнести подбор наполнителя и связующего. Так, коксы с более низким содержанием

серы при прокалке кокса и обжиге анодов будут выделять меньшее количество диокси-

да серы в атмосферу. Многие годы в электродной промышленности делаются попытки

внедрить пеки, полученные на основе нефтепродуктов (тяжелых нефтяных остатков,

смол пиролиза, крекинг-остатков и др.). Данные пеки имеют практически неограничен-

ные сырьевые ресурсы для их производства и содержат низкую концентрацию смоли-

стых веществ. Другими важными мероприятиями являются поддержание температуры

электролиза на минимально допустимом уровне и недопущение протеков пека и масс

в процессе эксплуатации ванны.

К основным мероприятиям, направленным на снижение расхода фторидов, сле-

дует отнести:

- повышение качества сырья;

- увеличение срока службы катодного устройства, так как значительная часть

фтора теряется с отработанной угольной футеровкой электролизеров; имеется прин-

ципиальная возможность извлечения из отработанной угольной футеровки ценных

компонентов (глинозема, фторидов, углерода), однако способы извлечения в настоя-

щее время экономически неэффективны;

- снижение съема угольной пены, содержание фтора в которой достигает

29-31 %;

- совершенствование способа корректировки электролита;

- снижение температуры электролита.

Основными путями снижения потребления электроэнергии являются:

1 Повышение выхода по току. Увеличение выхода по току на 1 % вызывает сни-

жение расхода электроэнергии ~150 кВт·ч/т Al, или более чем на 1 %. Основным сред-

ством повышения выхода по току является внедрение автоматической системы управ-

ления технологическим процессом (АСУТП), особенно на ваннах большой мощности.

Получить высокий выход по току, особенно на мощных электролизерах, невозможно

без рациональной конструкции ошиновки электролизеров, обеспечивающей рацио-

нальную конфигурацию магнитного поля и снижающей негативные последствия элек-

тромагнитных сил, возникающих в расплаве, приводящих к его циркуляции и окисле-

нию наработанного алюминия;

2 Снижение до оптимальных значений рабочего напряжения, так как расход

энергии прямо пропорционален его величине. Это достигается за счет минимизации

потерь напряжения на всех токоведущих частях, включая и электролит, а также сниже-

ние частоты и продолжительности анодных эффектов;

3 Правильная эксплуатация приточной вентиляции и элементов аэрационных

фонарей позволяет снизить расход силовой энергии, поскольку увеличение температу-

ры ошиновки приводит к увеличению потерь энергии в ней.

Соблюдение технологической дисциплины, поддержание оптимальных парамет-

ров процессов производства также являются важными направлениями, способствую-

щими снижению расхода сырья и электроэнергии и недопущению возможности ава-

рийных выбросов.

2.6.2 Мероприятия при производстве кремния

Система экологического менеджмента является неотъемлемой частью общей

системы управления предприятиями по производству технического кремния. В ее ос-

нове лежат следующие цели и принципы:

- идентификация и оценка значимости экологических аспектов и рисков пред-

приятий на всех этапах производственного цикла - от закупки сырья до реализации го-

товой продукции;

- постановка экологических целей и показателей эффективности, разработка

мероприятий и программ, направленных на улучшение экологических показателей;

- определение ответственности, процедур и ресурсов по управлению экологиче-

скими аспектами и рисками;

- определение методов проверок, мониторинга, измерения и анализа для оценки

достижения результатов и оценки соответствия требованиям экологического законода-

тельства и добровольных обязательств.

Система экологического менеджмента строится на основе международного

стандарта ISO 14001.

2.7 Система экологического менеджмента

Система экологического менеджмента является неотъемлемой частью общей

системы управления алюминиевыми и глиноземными предприятиями. Ее основными

целями являются:

1) идентификация и оценка значимости экологических аспектов и рисков пред-

приятий на всех этапах производственного цикла - от закупки сырья до реализации го-

товой продукции;

2) постановка экологических целей и показателей эффективности, разработка

мероприятий и программ, направленных на улучшение экологических показателей;

3) определение ответственности, процедур и ресурсов по управлению экологи-

ческими аспектами и рисками;

4) определение методов проверок, мониторинга, измерения и анализа для оцен-

ки достижения результатов и оценке соответствия требованиям экологического зако-

нодательства и добровольных обязательств.

Система экологического менеджмента строится на основе международного

стандарта ISO 14001.

2.8 Производственный экологический контроль

Производственный экологический контроль (ПЭК) осуществляется на основании

Программы производственного экологического контроля.

Программа ПЭК включает следующие сведения:

1) об инвентаризации выбросов ЗВ в атмосферный воздух и их источников;

2) об инвентаризации сбросов ЗВ в окружающую среду и их источников;

3) об инвентаризации отходов производства и потребления и объектов их раз-

мещения;

4) о подразделениях и (или) должностных лицах, отвечающих за осуществление

производственного экологического контроля;

5) о собственных и (или) привлекаемых испытательных лабораториях (центрах),

аккредитованных в соответствии с законодательством Российской Федерации об ак-

кредитации в национальной системе аккредитации;

6) о периодичности и методах осуществления производственного экологического

контроля, местах отбора проб и методиках (методах) измерений.

Производственный экологический контроль выбросов, сбросов загрязняющих

веществ производится в отношении загрязняющих веществ, характеризующих приме-

няемые технологии и особенности производственного процесса на объекте, оказыва-

ющем негативное воздействие на окружающую среду (маркерные вещества).

При организации ПЭК учитываются рекомендации:

1) ГОСТ Р 56059-2014 Производственный экологический мониторинг. Общие

положения;

2) ГОСТ Р 56061-2014 Производственный экологический контроль. Требования

к программе производственного экологического контроля;

3) ГОСТ Р 56062-2014 Производственный экологический контроль. Общие по-

ложения.

ПРОИЗВОДСТВО АЛЮМИНИЯ (ИТС 11-2022) - часть 1