ПРОИЗВОДСТВО АЛЮМИНИЯ (ИТС 11-2022)

Раздел 3. Текущие уровни потребления и эмиссии в

окружающую среду

3.1 Производство глинозема

3.1.1 Расход сырья, материалов и электроэнергии

Расход сырья на 1 т глинозема и, как следствие, количество выбросов, сбросов

и образующихся отходов зависит от применяемой технологии производства.

При этом удельные уровни потребления сырьевых материалов (топлива, воды и

электроэнергии) минимальны для процесса Байера и максимальны для технологии пе-

реработки нефелинов на глинозем. Применяемый в Российской Федерации способ

Байер-спекания (параллельный вариант) занимает по уровню потребления промежу-

точное положение. В таблице 3.1 представлены достигнутые удельные расходные по-

казатели по сырью, потребляемому в производстве глинозема по технологиям, приме-

няемым в Российской Федерации.

Таблица 3.1 - Расход сырья, материалов и энергоресурсов

Расход на 1 т глинозема

Единица

Байер-спекание

Наименование

Переработка

измерения

(параллельный

нефелинов

вариант)

Боксит

2,54-2,74

Нефелин

4,0-5,0

Известняк, натуральный

0,009-0,05

6,0-8,0

Каустик (сода), по Na2CO3

0,11-0,16

Технологическое топливо

т у. т.

0,205-0,286

1,25-1,50

Тепловая энергия

Гкал

2,90-4,0

1,25-1,35

Электроэнергия

тыс. кВт·ч

0,35-0,40

1,0-1,1

Чем выше содержание оксида алюминия в сырье (боксите, нефелине), тем ниже

удельный расходный коэффициент. Для заводов в Российской Федерации, использу-

ющих параллельный способ Байер-спекания, общий расход боксита (или их смеси) за-

висит от доли каждой ветви в суммарной мощности предприятия по глинозему.

Удельный расход известняка (переработка спеканием) зависит от содержания

кремнезема и оксида кальция в боксите (нефелине): дозировка известняка должна со-

ответствовать молекулярному соотношению оксидов кальция и кремнезема в шихте,

равному 2. В нефелиновую шихту для достижения щелочного модуля, равного 1, при

необходимости может вводиться оборотный содовый раствор.

В производстве глинозема из нефелина основная часть раствора упаривается в

несколько стадий до полного раздельного выделения соды и сульфата калия. Нефели-

новый или белитовый шлам (после отмывки) является отходом производства глинозе-

ма из нефелинов. Технологией комплексной переработки нефелинового сырья преду-

сматривается его использование как основного компонента шихты для производства

цементного клинкера, что существенно сокращает себестоимость не только глинозема,

но и цемента (таблица 3.2).

Таблица 3.2 - Выход побочных продуктов

Выход на 1 т глинозема

Единица

Наименование

Переработка

измерения

Байер-спекание

нефелинов

Сода

0,475

Сульфат калия

0,049

Шлам³

1,61

8,1

Производство глинозема из нефелинов требует наиболее высоких расходов сы-

рья и энергоресурсов. Его применение в Российской Федерации вызвано отсутствием

запасов качественных отечественных бокситов и целесообразно только при наличии

дешевой электроэнергии и топлива, низких транспортных расходах на перевозку сырья

и готового продукта и при условии комплексного использования сырья.

3.1.2 Характеристика эмиссий

Загрязняющими веществами в производстве глинозема являются твердые ве-

щества (технологическая пыль), щелочные пары в гидрохимических процессах, вред-

ные газы, образующиеся при сжигании топлива, а также производственные отходы -

красный (переработка бокситов) и нефелиновый (переработка нефелинов) шламы. Ко-

личество шлама напрямую зависит от качества исходного сырья. Учитывая значитель-

ные объемы шлама, вопрос его утилизации является весьма важным. Значительная

доля шламов размещается на шламохранилищах. Часть объемов нефелиновогошлама

используется в строительной отрасли, в том числе в цементом производстве. Возмож-

ности использования нефелинового шлама ограничены локальным спросом и удален-

ностью мест накопления шлама от регионов, где сконцентрированы потенциальные ко-

нечные потребители. Красный шлам также имеет большой потенциал применения в

строительстве. Наиболее вероятная рыночная ниша продукции из красных шламов и

их свойства аналогичны нише и свойствам общераспространенных полезных ископае-

мых (ОРПИ). Использование в строительстве дало бы самый ощутимый эффект по

уменьшению количества шлама, размещаемого в отвалах. Так как ОРПИ локально до-

ступны во всех регионах, то востребованность продукции из красных шламов и целе-

сообразность их транспортировки на настоящий момент очень ограничена. Другим

направлением использования является экстракция из красного шлама отдельных по-

лезных компонентов, например, скандиевих или железосодержащих. Это направление

имеет свои ограничения. В случае малотоннажной продукции количество шлама на от-

вале не уменьшается и может возникнуть потребность в дополнительных объектах

размещения отходов. В случае крупнотоннажного производства необходимо обеспе-

³ В производстве глинозема из нефелинов шлам частично (до 30 %) используется в производстве це-

мента.

чить стандарт продукции, подходящий для существующих производственных мощно-

стей потребителей. Эти задачи на настоящий момент не решены окончательно нигде в

мире. Работа над ними продолжается и в научных и в производственных организациях.

Технологическая пыль - тонкие частицы перерабатываемого сырья (боксита,

нефелина, известняка) и получаемых продуктов и полупродуктов глиноземного произ-

водства (спека, извести, гидроксида алюминия и глинозема). Источники выделения

ЗВ - технологические аппараты (склады), в которых осуществляется переработка,

транспортировка (хранение) сырья и полупродуктов, упаковка и транспортировка про-

дукции. Источники выбросов ЗВ - организованные (дымовые трубы, свечи) и неоргани-

зованные (открытые склады, дороги, грузовой транспорт и др.). С целью снижения не-

организованных выбросов транспортеры и элеваторы, предназначенные для транспор-

тировки пылящего материала, конструируются как закрытые системы. Данные по

удельным выбросам в атмосферу основных ЗВ и объемам образования отходов про-

изводства глинозема приведены в таблицах 3.3-3.4.

Таблица 3.3 - Выбросы загрязняющих веществ в атмосферу

Наличие/отсутствие в перечне

ЗВ, подлежащих

Код

Единица

Метод очистки, повторного

Концентрация ЗВ

Наименование

госрегулированию

Источники выброса

ЗВ⁴

измерения

использования

после очистки

(распоряжение Правительства

РФ № 1316-р от 08.07.2015)

Байер-спекание

Дымовые трубы:

Алюминий оксид (в

Электрофильтры, рукав-

- печи кальцинации,

пересчете на алю-

101

Отсутствие

мг/нм³

ные фильтры, циклоны

100-200

- свечи силосов

миний)

(КПД 99,7-99,9)

глинозема

Пыль спека (пыль

Электрофильтры, скруббе-

Дымовые трубы:

неорганическая с

ры, рукавные фильтры или

2909

Наличие

мг/нм³

- скрубберов;

200

содержанием SiO2

циклоны (КПД - 85 % -

- печей спекания

ниже 20 %)

99,5 %)

1,4-2,3 (при произ-

Дымовые трубы:

водстве из боксито-

т СО2экв/т

- печей кальцина-

вых руд)

Парниковые газы

Отсутствие

Без очистки

глинозема

ции;

до 11 (при произ-

– печей спекания

водстве из нефели-

новых руд)

Электрофильтры, Рукав-

Дымовые трубы:

Алюминий оксид (в

ные фильтры, Циклоны

- печи кальцинации,

пересчете на алю-

101

Отсутствие

мг/нм³

(КПД - 95 % - 98 %), ру-

150-200

- свечи силосов

миний)

кавные фильтры или цик-

глинозема

лоны (КПД - 85 % - 99,5 %)

⁴ Здесь и далее - код загрязняющего вещества согласно «Перечню и кодам веществ, загрязняющих атмосферный воздух» (НИИ Атмосфера, НИИ Экологии

человека и гигиены окружающей среды им. А. И. Сысина, Российский государственный медицинский университет, фирма «Интеграл»).

Окончание таблицы 3.3

Наличие/отсутствие в перечне

ЗВ, подлежащих госрегулиро-

Код

Единица

Метод очистки, повторного

Концентрация ЗВ

Наименование

ванию

Источники выброса

ЗВ⁵

измерения

использования

после очистки

(распоряжение Правительства

РФ № 1316-р от 08.07.2015)

Спекание нефелинов

Электрофильтры (КПД -

Дымовые трубы:

Пыль неорганиче-

99,7 % - 99,8 %), циклоны

- печей;

ская с содержанием

2909

Наличие

мг/нм³

(КПД - 95 % - 98 %), ру-

200

- холодильников

SiO2 ниже 20 %

кавные фильтры или цик-

спекания

лоны (КПД - 85 % - 99,5 %)

Дымовые трубы:

т СО2экв/т

- печей кальцина-

Парниковые газы

Отсутствие

Без очистки

8,2-10,5

глинозема

ции;

– печей спекания

Таблица 3.4- Отходы производства

Единица

Образование

Метод очистки, повторного ис-

Размещение

Наименование

Источники образования

измерения

отходов

пользования

отходов

Образуется при выщелачива-

После промывки водой транс-

Красный шлам

т/т глинозема

1,52-1,70

нии бокситов в ветви Байера

1,52-1,70

портируется на хранение

и спека в спекательной ветви

Нефелиновый

После промывки водой транс-

Образуется при выщелачива-

(белитовый)

т/т глинозема

7,5-8,7

портируется на хранение или в

0-8,7

нии спека

шлам

производство цемента

⁵ Здесь и далее - код загрязняющего вещества согласно «Перечню и кодам веществ, загрязняющих атмосферный воздух» (НИИ Атмосфера, НИИ Экологии

3.2 Производство анодов и анодной массы

Производство анодов и анодной массы на алюминиевых заводах, как правило,

располагается на одной промплощадке с производством алюминия и служит для обес-

печения собственного производства анодами и анодной массой.

Источниками выделений и выбросов ЗВ является используемое сырье - камен-

ноугольный пек и нефтяной кокс. В таблице 3.5 представлен их расход при производ-

стве обожженных анодов и анодной массы.

Таблица 3.5 - Расход сырья при производстве анодов и анодной массы

Единица

Наименование

Расход на 1 т продукции

измерения

Для технологии электролиза ОА

Каменноугольный пек

кг/т Al

80-90

Нефтяной кокс

кг/т Al

400-415

Для технологии электролиза Содерберга

Каменноугольный пек

кг/т Al

150-185

Нефтяной кокс

кг/т Al

340-380

Выделение ЗВ в производстве анодной массы начинается с процессов приемки

и хранения сырья. Кокс может поступать на предприятие сырым или прокаленным.

От складов и узлов перегрузки кокса в атмосферу будет поступать коксовая пыль. При

сливе пека и хранении его в резервуарах будут выделяться возгоны каменноугольного

пека.

В процессах дробления и размола, дозирования и смешения кокса с пеком воз-

можно выделение коксовой пыли и возгонов каменноугольного пека. Если предприятие

в качестве сырья получают сырой кокс, то при производстве анодной массы его прока-

ливают во вращающихся прокалочных печах. От процесса прокалки кокса в печах в ат-

мосферу будут поступать: пыль коксовая, диоксид серы, оксиды азота, оксид углерода.

В производстве анодов пек поступает в цистернах-пековозах и размещается на

складе пека в емкостях. Склады пека оборудованы приемным устройством с постами

разогрева пека до температуры 180-220 °C и участком пекоподготовки. Выделение

смолистых веществ - возгонов каменноугольного пека - происходит при сливе пека

из цистерн и в период перекачки пека насосами и заполнения емкостей.

Поступающий в железнодорожных вагонах прокаленный кокс размещается

на складе, оборудованном вагоноопрокидывателем, приемным устройством и силоса-

ми для хранения кокса. При перегрузке и хранении кокса в атмосферу выделяется кок-

совая пыль. Также ее выделение происходит в результате процессов дробления

и транспортировки кокса по технологическим линиям анодного производства.

В процессе смешения кокса и пека в атмосферу выделяются возгоны каменноугольно-

го пека и коксовая пыль.

При обжиге «зеленых» анодов в печи обжига образуются оксиды азота, коксовая

пыль, диоксид серы, оксид углерода, возгоны каменноугольного пека, мазутная зола

(при использовании мазута в качестве топлива). При использовании в качестве сырье-

вого компонента огарков анодов при обжиге будет также выделяться некоторое коли-

чество фтористого водорода.

Маркерными ЗВ для производства анодов и анодной массы будут являться пыль

и возгоны каменноугольного пека. При этом под маркерными веществами понимаются

основные (приоритетные) ЗВ, характерные для конкретной технологии производства,

по содержанию (объему или массе) которых могут быть сделаны достоверные выводы

о выбросах предприятия в целом.

В процессе производства анодов и анодной массы вода практически

не используется, водные ресурсы могут использоваться только для процессов охла-

ждения, а система водоснабжения/водоотведения представляет собой замкнутый во-

дооборот с локальными очистными сооружениями. К основным технологическим отхо-

дам производства анодной массы и анодов относятся отработанные футеровочные

материалы печей прокалки и печей обжига. Образование данных отходов зависит от

срока службы печей до проведения ремонтов. На анодных производствах алюминие-

вых заводов данные отходы передаются на переработку сторонним организациям по

производству огнеупоров или размещаются на полигонах производственных отходов.

Данные по удельным выбросам ЗВ в атмосферу и объемам образования отхо-

дов производства анодов и анодной массы приведены в таблицах 3.6-3.8.

Таблица 3.6 - Выбросы загрязняющих веществ в атмосферу. Производство анодной массы

Наличие/отсутствие в пе-

Объем и (или)

Объем и /или

речне ЗВ, подлежащих

масса образу-

масса выбросов

Техпроцессы -

Метод очистки,

Код

госрегулированию

Единица

ющихся ЗВ (до

ЗВ после очист-

Наименование

источники

повторного ис-

ЗВ

(распоряжение Правитель-

измерения

очистки) в рас-

ки в расчете на

выделений ЗВ

пользования

ства РФ № 1316-р

чете на тонну

тонну продук-

от 08.07.2015)

продукции

ции

Циклон, рукавный

Хранение и

фильтр, циклон-

0,6-4,0

перемещение

0,08-0,12

электрофильтр,

кокса

электрофильтр

Измельчение,

Циклон, рукавный

2,5-14,0

смешивание,

фильтр, элек-

0,1-0,28

Пыль коксовая

328 *

Отсутствие

кг/т анодной

формование

трофильтр

массы

Батарейный цик-

лон; батарейный

4,5-13,3

Прокалка

циклон- электро-

0,06-1,33

фильтр; элек-

трофильтр

Диоксид серы

330

Наличие

Прокалка

Без очистки

3,2-7,1

* Возможно применение кода

Наличие

2909 или 2902.

Возгоны каменно-

725

Хранение и

угольного пека

0,05-0,06

перемещение

0,05-0,06

кг/т анодной

(включая

Отсутствие

пека

массы

бенз(а)пирен и дру-

Смешивание,

0,013-0,063

Сухая ГОУ

0,0003-0,013

гие ПАУ)

формование

Парниковые газы

Отсутствие

т CO2экв./т Al

0,01-0,15

Прокалка

Без очистки

0,01- 0,15

Таблица 3.7 - Отходы производства. Производство анодов и анодной массы

Объем и (или)

масса образова-

Метод очистки,

масса размещен-

Класс

Единица

Источники образо-

Наименование отходов

ния отходов в рас-

повторного ис-

ных отходов в

опасности

измерения

вания

чете на тонну про-

пользования

расчете на тонну

дукции

продукции

Отработанная футеровка

кг/т анодов

1,2

Печи обжига

1,2

печей обжига

Отработанная футеровка

кг/т анод-

2-0,5

Печи прокалки

2-0,5

печей прокалки

ной массы

Таблица 3.8 - Выбросы загрязняющих веществ в атмосферу. Производство анодов

Наличие/отсутствие в пе-

Объем и (или)

Метод

Объем и /или мас-

речне ЗВ, подлежащих

масса образу-

Техпроцессы -

очистки,

са выбросов ЗВ

Код

госрегулированию

Единица

ющихся ЗВ (до

Наименование

источники вы-

повторного

после очистки в

ЗВ

(распоряжение Прави-

измерения

очистки) в рас-

делений ЗВ

использо-

расчете на тонну

тельства РФ № 1316-р

чете на тонну

вания

продукции

от 08.07.2015)

продукции

Хранение, пе-

Циклон, ру-

0,7

ремещение и

кавный

0,05

сушка кокса

фильтр

Измельчение,

Рукавный

1,86

смешивание,

0,023

фильтр

Пыль коксовая

328*

отсутствие

кг/т анодов

формование

Полый

Обжиг «зеле-

0,29-0,53

скруббер,

0,008-0,045

ных» анодов

сухая ГОУ

Рукавный

6,1

АМО

0,061-0,305

фильтр

Окончание таблицы 3.8

Наличие/отсутствие в пе-

Объем и (или)

Метод

Объем и /или мас-

речне ЗВ, подлежащих

масса образу-

Техпроцессы -

очистки,

са выбросов ЗВ

Код

госрегулированию

Единица

ющихся ЗВ (до

Наименование

источники вы-

повторного

после очистки в

ЗВ

(распоряжение Прави-

измерения

очистки) в рас-

делений ЗВ

использо-

расчете на тонну

тельства РФ № 1316-р

чете на тонну

вания

продукции

от 08.07.2015)

продукции

* Возможно применение ко-

Наличие

да 2909 или 2902.

Система

Хранение и пе-

улавлива-

0,03

ремещение пе-

0,006

Возгоны каменно-

ния паров

ка

угольного пека

пека

(включая

725

Отсутствие

кг/т анодов

Смешивание,

0,06-0,37

Сухая ГОУ

0,002-0,037

бенз(а)пирен и

формование

другие ПАУ)

Полый

Обжиг «зеле-

1,3-2

скруббер,

0,03-0,26

ных» анодов

сухая ГОУ

т CО2экв./т

Обжиг «зеле-

Без очист-

Парниковые газы

Отсутствие

0,13

ных» анодов

ки

3.3 Производство первичного алюминия

3.3.1 Расход сырья, материалов и электроэнергии

Расход сырья зависит от многих факторов: типа электролизера, состояния тех-

нологии, качества сырья, транспортных потерь и т. д.

В таблице 3.9 приведена динамика усредненных расходных коэффициентов за

2010-2014 годы по алюминиевым заводам Российской Федерации.

Таблица 3.9 - Динамика усредненных расходных коэффициентов

2010 год

2011 год

2012 год

2013 год

2014 год

Расход глинозема,

1936,2

1933,9

1933,5

1933,1

1931,3

кг/т Al

Расход анодной мас-

532

530

524

519

517

сы, кг/т Al

Выход по току, %

89,61

89,85

90,07

90,2

90,26

В таблице 3.10 приведены данные по расходу сырья, материалов и энергоресур-

сов для разных технологий электролиза.

Таблица 3.9 - Расход сырья, материалов и энергоресурсов

Технологические характеристики

Расход

Назначение

Расход

анодов

Расход

Наименование

Расход

оборудова-

электро-

нетто или

фтор. алю-

оборудования

глинозема,

ния

энергии,

анодной

миния,

кг/т Al

кВт·ч/т Al

массы,

кг/т Al

Электролизеры с са-

мообжигающимися

15216-

1920-1939

522-528

21-40

анодами и верхним

16111

токоподводом

Получение

Электролизеры с са-

первичного

мообжигающимися

15171-

алюминия

1932-1944

510-515

12,0-21,0

анодами и боковым

15620

(алюминия-

токоподводом

сырца)

Электролизеры с

предварительно

13158-

1917-1938

420-460

12,0-21,0

обожженными ано-

15126

дами

Расход глинозема практически не зависит от типа электролизеров и определяет-

ся в основном транспортными потерями, потерями на перевозку от склада до электро-

лизеров и содержанием мелких фракций, значительная часть которых теряется в виде

пыли.

Расход фторидов (криолит и трифторид алюминия) зависит от многих факторов:

типа электролизера; состояния технологии; состава и температуры перегрева электро-

лита; наличия, вида, КПД и КПИ газосборного и газоочистного оборудования; состоя-

ния технологической дисциплины; содержания оксида натрия в глиноземе; количества

снимаемой угольной пены и эффективности ее флотации и др.

Расход анодов зависит от типа электролизеров. Фактически в электролизере на

производство 1 т алюминия расходуется 420-460 кг обожженных анодов. При этом

остается огарок, следовательно, полная потребность в обожженных анодах зависит от

качества анода и величины огарка. Расход анодной массы также зависит от многих

факторов: потерь при транспортировке, потерь летучих компонентов при коксовании

пека и с поверхности жидкой анодной массы, осыпания и окисления боковых поверхно-

стей анода, выхода по току и плотности тока.

Расход электроэнергии зависит главным образом от типа электролизера и выхо-

да по току. При прочих равных условиях наибольший расход электроэнергии - у элек-

тролизеров ВТ, а наименьший - у ванн с ОА.

3.3.2 Характеристика эмиссий

Источником выделения вредных веществ при производстве алюминия являются

используемые сырье и материалы. При этом зачастую очень важную роль играет

не столько химический состав применяемых сырья и материалов, сколько их физиче-

ские характеристики, такие, например, как гранулометрический состав.

Образование и выделение из электролизеров фтористых соединений, основным

из которых является фторид водорода, происходят непрерывно, хотя они и не связаны

непосредственно с электрохимическим процессом, а обусловлены процессами испаре-

ния и разложения расплава электролита и загружаемых фтористых солей. Летучестью

электролита и загружаемых фтористых солей обусловлено выделение из электролизе-

ров лишь некоторой части твердых фторидов, обнаруживаемых в пыли. Вторым источ-

ником пылевидных фторидов служит механический унос загружаемых солей восходя-

щими потоками анодных газов либо отсасываемой от электролизера газовоздушной

смесью.

Источником выделения оксида углерода является угольный анод, который

в процессе электролиза окисляется с выделением диоксида и оксида углерода.

Сопутствующим компонентом угольных материалов является сера, которая

с анодными материалами вовлекается в процесс получения алюминия. Некоторое ко-

личество серы поступает с фтористыми солями, где она присутствует в виде сульфа-

тов.

Источником выделения и выбросов в атмосферу смолистых веществ при произ-

водстве алюминия в электролизерах с самообжигающимися анодами (БТ и ВТ) являет-

ся каменноугольный пек, используемый в качестве связующего при получении анодной

массы. Смолистые вещества выделяются из электролизеров в результате термохими-

ческих процессов, происходящих при коксовании анодной массы. Второй источник вы-

деления смолистых веществ связан с операцией перестановки токоподводящих шты-

рей в аноде на электролизерах ВТ. При использовании рядовой анодной массы после

раскручивания и извлечения штыря в образовавшееся отверстие в спеченной части

анода затекает жидкая анодная масса из верхних зон. При попадании жидкой анодной

массы в зону высоких температур происходит бурное коксование пека с образованием

большого количества возгонов смолы, которое выбрасывается в атмосферу корпуса.

Кроме того, сырая угольная масса налипает на горячий штырь в момент извлечения

его из анода, когда раскаленная его часть касается слоя жидкой анодной массы, при

этом в атмосферу корпуса также выделяются смолистые погоны.

Смолистые вещества, образующиеся при коксовании анодной массы на элек-

тролизерах ВТ и поступающие в газосборник, дожигаются в горелках. Полнота сгора-

ния зависит от конструкции горелок, регулировки процесса горения и контроля за про-

цессом. Часть несгоревшей смолы, особенно ее тяжелые фракции, конденсируется и

вместе с пылью оседает в каналах газоходов, остальная поступает на газоочистку.

В зависимости от типа электролизера, условий и уровня его эксплуатации объем и со-

став пылегазовоздушной смеси может изменяться.

Технология электролиза ОА в электролизерах первого поколения (до 300 кА)

Данная технология электролиза в Российской Федерации представлена электро-

лизерами с предварительно обожженными анодами (ОА) на силу тока до 300 кА, обо-

рудованными рамно-створчатыми укрытиями. Эффективность укрытий электролизеров

первого поколения составляет 96,6-97 %. Уловленная укрытием газовоздушная смесь

направляется на установки «сухой» очистки газов глиноземом в реакторах и рукавных

фильтрах. Эффективность «сухих» газоочисток корпусов электролиза, оснащенных

электролизерами ОА первого поколения, может составлять 98,4-99,8 %. Очищенные

газы поступают в атмосферу через дымовые трубы, отработанный (фторированный)

глинозем возвращается в процесс электролиза.

Основные технические решения для сокращения выбросов ЗВ от электролизе-

ров ОА первого поколения:

1) автоматизация производства, позволяющая более точно регулировать техно-

логические и тепловые режимы работы электролизеров, оптимизировать состав элек-

тролита, контролировать раздачу сырья в электролизеры;

2) применение установок сухой очистки газов;

3) автоматическое питание глиноземом (АПГ), фторсолями и дробленым элек-

тролитом электролизеров, что позволяет исключить разгерметизацию электролизера

при проведении данной технологической операции.

Технология электролиза ОА в электролизерах первого поколения (до 300 кА)

внедрена на четырех отечественных алюминиевых заводах.

Технология электролиза ОА в электролизерах второго поколения (300 кА и

выше)

Данная технология электролиза в Российской Федерации представлена электро-

лизерами с предварительно обожженными анодами (ОА) на силу тока 300 кА и выше,

оборудованными рамно-створчатыми укрытиями. Эффективность укрытий электроли-

зеров второго поколения может составлять до 98,7 %. Уловленная укрытием газовоз-

душная смесь направляется на установки «сухой» очистки газов глиноземом в реакто-

рах и рукавных фильтрах. Эффективность «сухих» газоочисток корпусов электролиза,

оснащенных электролизерами ОА второго поколения, может составлять 99,2-99,8 %.

Очищенные газы поступают в атмосферу через дымовые трубы, отработанный (фто-

рированный) глинозем возвращается в процесс электролиза.

Основные технические решения для сокращения выбросов ЗВ от электролизе-

ров ОА второго поколения:

1) автоматизация производства, позволяющая более точно регулировать техно-

логические и тепловые режимы работы электролизеров, оптимизировать состав элек-

тролита, контролировать раздачу сырья в электролизеры;

2) применение установок сухой очистки газов;

3) автоматическое питание глиноземом (АПГ), фторсолями и дробленым элек-

тролитом электролизеров, что позволяет исключить разгерметизацию электролизера

при проведении данной технологической операции;

4) уплотнение штанг анодов электролизеров для минимизации выделений ЗВ в

корпус электролиза через неплотности в месте входа штанги в укрытие электролизера;

5) автоматическое гашение анодных эффектов в электролизере без его разгер-

метизации;

6) использование проема в укрытиях электролизера для выливки металла, от-

бора проб и других операций.

Данные мероприятия позволяют повысить эффективность укрытия электролизе-

ра и сократить выбросы ЗВ через аэрационные фонари.

Данная технология электролиза ОА в электролизерах второго поколения (свыше

300 кА) внедрена на двух отечественных алюминиевых заводах.

Для процесса электролиза технологии ОА не требуется расхода производствен-

ной воды. Потребление водных ресурсов возможно только в литейных отделениях для

охлаждения оборудования (производственные воды) и при использовании воды питье-

вого качества для хозяйственно-бытовых нужд.

Сбросы ЗВ на алюминиевых заводах, оснащенных технологией электролиза ОА,

отсутствуют в связи с использованием замкнутой системы водооборота.

Основные производственные отходы - отработанная угольная и кирпичная фу-

теровка - размещаются на собственных объектах размещения отходов. Огарки обож-

женных анодов возвращаются в производство «зеленых» анодов.

В таблице 3.11 представлены выбросы ЗВ от технологий электролиза ОА в элек-

тролизерах первого и второго поколений.

В таблице 3.12 представлены объемы образования и размещения отходов для

технологии электролиза ОА в электролизерах первого и второго поколений.

Таблица 3.10 - Выбросы ЗВ в атмосферу. Технология электролиза ОА.

Наличие/отсутствие

в перечне ЗВ, под-

Объем и (или)

Метод

лежащих госрегу-

масса выбросов ЗВ

масса образующих-

очистки, по-

Код

лированию

Единица

Источники

фонарь + труба

Наименование

ся ЗВ (до очистки) в

вторного

ЗВ

(распоряжение

измерения

выброса

(после очистки) в

расчете на тонну

использо-

Правительства РФ

расчете на тонну

продукции

вания

№ 1316-р

продукции

от 08.07.2015)

Электролизеры первого поколения (до 300 кА)

Фтористый водород

342

Наличие

кг/т Al

7,8-9,8

Сухая ГОУ

0,25-0,38

Твердые фториды

344

Наличие

кг/т Al

9,6-14,0

Трубы, фо-

(реактор -

0,53-0,77

нари элек-

рукавный

Пыль общая

Отсутствие

кг/т Al

68-88

3,4-4,9

тролизных

фильтр)

Диоксид серы

330

Наличие

кг/т Al

9,4-11,6⁶

корпусов

Без очистки

9,4-11,6

т СО2экв./т

ОА

Парниковые газы

Отсутствие

1,9-2,2

Без очистки

1,9-2,2

Электролизеры второго поколения (300 кА и выше)

Фтористый водород

342

Наличие

кг/т Al

9,2-11,7

Сухая ГОУ

0,21-0,36

Твердые фториды

344

Наличие

кг/т Al

11-16

Трубы, фо-

(реактор-

0,37-0,65

нари элек-

рукавный

Пыль общая

Отсутствие

кг/т Al

60-102

2,2-2,7

тролизных

фильтр

Диоксид серы

330

Наличие

кг/т Al

9,2-12,8⁷

корпусов

Без очистки

9,2-12,8

т СО2экв./т

ОА

Парниковые газы

Отсутствие

1,5-1,7

Без очистки

1,5-1,7

⁶ Зависит от содержания серы в исходном сырье - коксе.

⁷ Зависит от содержания серы в исходном сырье - коксе.

Таблица 3.11 - Отходы производства и потребления. Технология электролиза ОА

Объем и (или)

масса образова-

Источники

масса размещен-

Наименование

Класс

Единица

ния отходов до

Метод очистки,

образова-

ных отходов в

отходов

опасности

измерения

очистки в расчете

повторного использования

ния

расчете на тонну

на тонну продук-

продукции

ции

Использование в производстве

Электроли-

фторсолей и (или) размещение

Угольная пена

кг/т Al

0-0,8

До 0,8

зеры ОА

на полигоне промышленных от-

ходов

Огарки обожжен-

Электроли-

Возвращение в производство

кг/т Al

65-124

ных анодов

зеры ОА

анодов

Размещение на полигонах про-

Отработанная

Электроли-

мотходов. Возможна частичная

угольная футеров-

3-4*

кг/т Al

9-14

До 14

зеры ОА

передача сторонним организаци-

ка

ям для использования

Отработанная

кирпичная футе-

Электроли-

Размещение на полигонах про-

кг/т Al

7-13

До 13

ровка электроли-

зеры ОА

мотходов

зеров

* Устанавливается в соответствии с Федеральным классификационным каталогом отходов (ФККО).

Технология электролиза БТ

Данная технология электролиза в Российской Федерации представлена электро-

лизерами с самообжигающимися анодами и боковым подводом тока к аноду на силу

тока 83-85 кА. Электролизеры оснащены шторными укрытиями с эффективностью

93-96 %. Выделения ЗВ, уловленные укрытием, поступают на установку «сухой»

очистки газов (реакторы и рукавные фильтры), эффективность которой может состав-

лять: по фтористому водороду 98,4-99 %; по твердым фторидам и пыли - 99 %;

по смолистым веществам - 96 %.

Основные технические решения для сокращения выбросов ЗВ от электролизе-

ров БТ:

1) применение шторных укрытий электролизеров;

2) применение установок «сухой» очистки газов;

3) герметизация узла анодного стояка электролизера.

Для процесса электролиза технологии БТ не требуется расхода производствен-

ной воды. Потребление водных ресурсов возможно только в литейных отделениях для

охлаждения оборудования (производственные воды) и при использовании воды питье-

вого качества для хозяйственно-бытовых нужд.

Сбросы ЗВ с производственными водами в поверхностные и подземные водные

объекты на алюминиевых заводах, оснащенных технологией электролиза БТ, отсут-

ствуют в связи с использованием замкнутой системы водооборота.

Основными отходами электролизного производства, оснащенного технологией

БТ, являются угольная пена, отработанная угольная и кирпичная футеровки.

Технология электролиза БТ внедрена на одном отечественном алюминиевом за-

воде.

В таблицах 3.13 и 3.14 представлены характеристики выбросов ЗВ в атмосфер-

ный воздух и данные по образованию основных видов отходов технологии электролиза

БТ.

Таблица 3.12 - Выбросы загрязняющих веществ в атмосферу. Технология электролиза БТ

Наличие/отсутствие

в перечне ЗВ, под-

Объем и (или) мас-

Метод

лежащих госрегу-

са выбросов ЗВ

са образующихся

очистки, по-

Код

лированию

Единица

Источники

фонарь + труба

Наименование

ЗВ (до очистки) в

вторного

ЗВ

(распоряжение

измерения

выброса

(после очистки) в

расчете на тонну

использо-

Правительства РФ

расчете на тонну

продукции

вания

№ 1316-р

продукции

от 08.07.2015)

Фтористый водород

342

Наличие

кг/т Al

6,2-10,3

0,5-0,82

Твердые фториды

344

Наличие

кг/т Al

9,2-15,3

0,5-0,83

Сухая ГОУ

Пыль общая

Отсутствие

кг/т Al

60,9-101,5

3,20-5,50

(реактор -

Смолистые веще-

Трубы, фо-

рукавный

ства (включая

нари элек-

фильтр)

3748

Отсутствие

кг/т Al

10,3-17,1

0,9-1,52

бенз(а)пирен и дру-

тролизных

гие ПАУ)

корпусов БТ

Диоксид серы

330

Наличие

кг/т Al

7,1-11,8⁸

Без очистки

8,2-13,6

т СО2экв./т

Парниковые газы

Отсутствие

~3,2

Без очистки

~3,2

⁸ Зависит от содержания серы в исходном сырье - коксе.

Таблица 3.13 - Отходы производства и потребления. Технология электролиза БТ

Едини-

Объем и (или) масса обра-

Класс

Источники

Объем и (или) масса раз-

ца

зования отходов до очист-

Метод очистки, повторного

Наименование отходов

опас-

образова-

мещенных отходов в рас-

измере-

ки в расчете на тонну про-

использования

ности

ния

чете на тонну продукции

ния

дукции

Электроли-

Размещение на полигоне

Угольная пена

кг/т Al

11,2-13,0

До 13

зеры БТ

промотходов

Отработанная угольная

Электроли-

Размещение на полигоне

3-4 *

кг/т Al

12-13

До 13

футеровка

зеры БТ

промотходов

Отработанная кирпич-

Электроли-

Размещение на полигоне

ная футеровка электро-

кг/т Al

8-9

До 9

зеры БТ

промотходов

лизеров

* Устанавливается в соответствии с Федеральным классификационным каталогом отходов (ФККО).

Технология электролиза ВТ

Данная технология электролиза в РФ представлена электролизерами с самооб-

жигающимися анодами и верхним подводом тока к аноду (ВТ) на силу тока

от 140 до 176 кА.

Рядовые электролизеры ВТ оснащены колокольными укрытиями с эффективно-

стью 86,3-88 %. Рядовые электролизеры ВТ могут оснащаться системами АПГ, что

позволяет повысить эффективность укрытия до 90 %. Укрытия модернизированных

(за счет усовершенствования конструкции газоудаления и сырьевых компонентов)

электролизеров ВТ (технология «ЭкоСодерберг») составляет 97,5 %.

Корпуса электролиза, работающие по технологии электролиза ВТ, оснащаются

системами газоочистки различных комбинаций:

1) первая ступень очистки в электрофильтрах + вторая ступень - «мокрая»

очистка в скрубберах или пенных аппаратах;

2) первая ступень очистки - «сухая» ГОУ + вторая ступень - «мокрая» очистка

в скрубберах или пенных аппаратах;

3) одноступенчатая «сухая» ГОУ;

4) одноступенчатая «мокрая» ГОУ.

В зависимости от способа газоочистки ее эффективность для технологии элек-

тролиза ВТ составляет:

1) по фтористому водороду - 95-99,8 %;

2) по пыли и твердым фторидам - 70-99,7 %;

3) по смолистым веществам - 50-99,4 %;

4) по диоксиду серы - 0-98,7 %.

Основные технические решения для сокращения выбросов ЗВ от рядовых элек-

тролизеров ВТ:

1) применение газоочистных аппаратов («сухая», «мокрая» ГОУ или их комби-

нация);

2) применение «сухой» анодной массы для сокращения выделений смолистых

веществ.

Лучших показателей минимизации выбросов ЗВ в атмосферу в настоящее время

достигают модернизированные электролизеры ВТ - технология «ЭкоСодерберг».

К техническим и технологическим решениям модернизации рядовых электроли-

зеров ВТ с переходом на технологию «ЭкоСодерберга» относятся:

1) новый газосборный колокол и система газоудаления;

2) новые технологический инструмент, средства механизации, новые технологи-

ческие практики для обслуживания электролизеров;

3) модернизированные газоходы с автоматической пневматической очисткой;

4) новая технология производства и использования анодной массы нового ти-

па - анодной массы с пониженным содержанием связующего.

Данные решения позволят сократить выделения и выбросы ЗВ от электролизе-

ров Содерберга, а также обеспечить возможность увеличения выхода по току усовер-

шенствованных электролизеров.

Технология «ЭкоСодерберг» внедрена в нескольких корпусах электролиза на

двух отечественных алюминиевых заводах.

101

До перехода на технологию «ЭкоСодерберг» корпуса электролиза с рядовыми

электролизерами ВТ могут оснащаться системами АПГ и более современными «сухи-

ми» газоочистками.

Для части рядовых электролизеров ВТ, эксплуатирующихся на алюминиевых за-

водах Российской Федерации, например, шпангоутного типа, переход на технологию

«ЭкоСодерберг» затруднен в связи с их конструктивными особенностями. В этом слу-

чае, а также для рядовых электролизеров ВТ с целью сокращения выбросов ЗВ в ат-

мосферный воздух до перехода на технологию «ЭкоСодерберг» применяется комплекс

операционных мероприятий, направленных на сокращение времени разгерметизации

электролизера, повышение эффективности системы газоотсоса и снижение выбросов

через аэрационные фонари электролизных корпусов - источники выбросов, дающие

наибольший вклад в загрязнение атмосферы. Данный комплекс мероприятий называ-

ется «Производственная система».

Технология электролиза ВТ с «Производственной системой» внедрена в корпу-

сах электролиза на двух отечественных алюминиевых заводах.

Для процесса электролиза технологии ВТ не требуется расхода производствен-

ной воды. Потребление водных ресурсов возможно только в литейных отделениях для

охлаждения оборудования (производственные воды) и при использовании воды питье-

вого качества для хозяйственно-бытовых нужд.

Сбросы ЗВ с производственными водами в поверхностные и подземные водные

объекты на алюминиевых заводах, оснащенных технологией электролиза ВТ, отсут-

ствуют в связи с использованием замкнутой системы водооборота.

Основными отходами электролизного производства ВТ являются угольная пена,

отработанная угольная и кирпичная футеровки. Угольная пена, как правило, целиком

перерабатывается в сопутствующем производстве фторсолей, угольная и кирпичная

футеровки в основном размещаются на полигоне промотходов. Часть угольной футе-

ровки в зависимости от рыночного спроса может реализовываться сторонним потреби-

телям.

В таблицах 3.15-3.18 приведены характеристики выбросов ЗВ в атмосферный

воздух для вариантов технологии электролиза ВТ. В таблице 3.19 приведены данные

по образованию основных видов отходов для технологии электролиза ВТ.

102

Таблица 3.14 - Выбросы загрязняющих веществ в атмосферу. Рядовая технология электролиза ВТ

Наличие/отсутствие

в перечне ЗВ, под-

Объем и (или) мас-

Метод

лежащих госрегу-

са выбросов ЗВ

са образующихся

очистки, по-

Код

лированию

Единица

Источники

фонарь + труба

Наименование

ЗВ (до очистки) в

вторного

ЗВ

(распоряжение

измерения

выброса

(после очистки) в

расчете на тонну

использо-

Правительства РФ

расчете на тонну

продукции

вания

№ 1316-р

продукции

от 08.07.2015)

Фтористый водород

342

Наличие

кг/т Al

10,0-11,6

1,20-2,11

Твердые фториды

344

Наличие

кг/т Al

10,0-18,7

1,3-2,8

Пыль общая

Отсутствие

кг/т Al

43-67

Электро-

11,0-16,9

Смолистые веще-

Трубы, фо-

фильтр +

ства (включая

нари элек-

«мокрый»

3748

Отсутствие

кг/т Al

2,5-4,2

1,5-2,24

бенз(а)пирен и дру-

тролизных

«хвост»

гие ПАУ)

корпусов ВТ

Диоксид серы

330

Наличие

кг/т Al

10,9-13,8⁹

1,5-2,3

т СО2экв./т

Парниковые газы

Отсутствие

2,0-3,0

Без очистки

2,0-3,0

⁹ Зависит от содержания серы в исходном сырье - коксе.

Таблица 3.15 - Выбросы ЗВ в атмосферу. Технология электролиза ВТ с производственной системой

Наличие/отсутствие

в перечне ЗВ, под-

Объем и (или) мас-

Метод

лежащих госрегу-

са выбросов ЗВ

са образующихся

очистки,

Код

лированию

Единица

Источники

фонарь + труба

Наименование

ЗВ (до очистки) в

повторного

ЗВ

(распоряжение

измерения

выброса

(после очистки) в

расчете на тонну

использо-

Правительства РФ

расчете на тонну

продукции

вания

№ 1316-р

продукции

от 08.07.2015)

Фтористый водород

342

Наличие

кг/т Al

12,4-13,8

1,2-1,4

Твердые фториды

344

Наличие

кг/т Al

6,3-7,1

1,3-1,88

Трубы, фо-

Пыль общая

Отсутствие

кг/т Al

39,2-43,7

Электро-

6,85-9,11

нари элек-

Смолистые веще-

3748

фильтр +

тролизных

ства (включая

«мокрый»

Отсутствие

кг/т Al

1,6-2,6

корпусов ВТ

1,5-1,68

бенз(а)пирен и дру-

скруббер

с производ-

гие ПАУ)

ственной

Диоксид серы

330

Наличие

кг/т Al

13,4-22,3¹⁰

1,5-2,3

системой

т СО2экв./т

Парниковые газы

Отсутствие

2,0-3,0

Без очистки

2,0-3,0

¹⁰ Зависит от содержания серы в исходном сырье - коксе.

Таблица 3.16 - Выбросы ЗВ в атмосферу. Рядовая технология электролиза ВТ, оснащенная АПГ и «сухой» ГОУ

Наличие/отсутствие

в перечне ЗВ, под-

Объем и (или) мас-

Метод

лежащих госрегу-

са выбросов ЗВ

са образующихся

очистки,

Код

лированию

Единица

Источники

фонарь + труба

Наименование

ЗВ (до очистки) в

повторного

ЗВ

(распоряжение

измерения

выброса

(после очистки) в

расчете на тонну

использо-

Правительства РФ

расчете на тонну

продукции

вания

№ 1316-р

продукции

от 08.07.2015)

Фтористый водород

342

Наличие

кг/т Al

10,4-13,8

0,62-0,81

Твердые фториды

344

Наличие

кг/т Al

7,3-9,8

0,62-0,83

Трубы, фо-

Пыль общая

Отсутствие

кг/т Al

39,0-51,4

нари элек-

3,2-4,2

«сухая»

Смолистые веще-

тролизных

ГОУ + мок-

ства (включая

корпусов

3748

Отсутствие

кг/т Al

2,98-3,04

рый «хвост»

1,46-1,48

бенз(а)пирен и дру-

ВТ, осна-

гие ПАУ)

щенных

Диоксид серы

330

Наличие

кг/т Al

17,87-17,91¹¹

АПГ и «су-

1,9-2,1

хой» ГОУ

т СО2экв./т

Парниковые газы

Отсутствие

2,0-3,0

Без очистки

2,0-3,0

¹¹ Зависит от содержания серы в исходном сырье - коксе.

Таблица 3.17 - Выбросы ЗВ в атмосферу. Технология «ЭкоСодерберг»

Наличие/отсутствие

в перечне ЗВ, под-

Объем и (или) мас-

Метод

лежащих госрегу-

са выбросов ЗВ

са образующихся

очистки, по-

Код

лированию

Единица

Источники

фонарь + труба

Наименование

ЗВ (до очистки) в

вторного

ЗВ

(распоряжение

измерения

выброса

(после очистки) в

расчете на тонну

использо-

Правительства РФ

расчете на тонну

продукции

вания

№ 1316-р

продукции

от 08.07.2015)

Фтористый водород

342

Наличие

кг/т Al

11,4-18,6

Трубы, фо-

0,38 *

Твердые фториды

344

Наличие

кг/т Al

7,6-12,4

нарь элек-

0,34 *

Сухая ГОУ

тролизных

Пыль общая

Отсутствие

кг/т Al

40-65,3

1,8-3,6

(реактор-

корпусов,

Смолистые веще-

рукавный

оснащенных

ства (включая

фильтр) +

3748

Отсутствие

кг/т Al

0,88-1,10

электроли-

0,89-1,38

бенз(а)пирен и дру-

«мокрый»

зерами ВТ

гие ПАУ)

скруббер

«ЭкоСодер-

Диоксид серы

330

Наличие

кг/т Al

17,1-17,4¹²

До 1,5

берг»

* Лучшая практика.

¹² Зависит от содержания серы в исходном сырье - коксе.

Таблица 3.19- Отходы производства и потребления. Технология электролиза ВТ

Объем и (или) масса

Наименование

Класс

Единица

образования отходов

Источники

Метод очистки,

размещенных отхо-

отходов

опасности

измерения

до очистки в расчете

образования

повторного использования

дов в расчете на

на тонну продукции

тонну продукции

Электроли-

Использование в производ-

Угольная пена

3-4

кг/т Al

15-43

зеры ВТ

стве фторсолей

Размещение на полигонах

промотходов. Возможна ча-

Отработанная уголь-

Электроли-

3-4*

кг/т Al

8-20

стичная передача сторонним

До 20

ная футеровка

зеры ВТ

организациям для использо-

вания

Отработанная кир-

Электроли-

Размещение на полигонах

пичная футеровка

кг/т Al

6-15

До 15

зеры ВТ

промотходов

электролизеров

* Устанавливается в соответствии с Федеральным классификационным каталогом отходов (ФККО).

3.4 Литейное производство

Основными источниками выделения ЗВ в литейном производстве являются мик-

серы, плавильные печи, прессы, индукционные печи, литейные машины, линии резки

слитков.

Источники литейного производства вносят незначительный вклад в общий объем

выбросов алюминиевого завода. При плавке металла в миксерах и плавильных печах

возможны незначительные выделения пыли, оксида алюминия, а при использовании

флюсов в выделениях могут содержаться фториды и хлориды. В литейном производ-

стве алюминиевых заводов используются электрические миксеры, а плавильные печи

в качестве топлива используют газ или мазут. При сжигании топлива в плавильных пе-

чах в атмосферу выделяются продукты его сгорания: оксиды азота, оксид углерода,

диоксид серы. При резке слитков пилами для охлаждения используется масло, и выде-

ляющаяся при резке пыль алюминия полностью улавливается. В атмосферу при этом

будут поступать только пары масла.

Оборудование литейного производства может быть оснащено местными отсоса-

ми для минимизации воздействия на воздух рабочей зоны. В основном это применяет-

ся на новых заводах. На алюминиевых предприятиях, эксплуатирующийся более

20 лет, выделения ЗВ от оборудования литейного производства поступают в атмосфе-

ру через фонарь.

В связи с незначительными количествами ЗВ миксеры, плавильные и индукци-

онные печи не оснащаются системами газоочистки. Выбросы ЗВ от литейных отделе-

ний не создают за пределами промплощадки предприятия значительных максималь-

ных приземных концентраций и не ухудшают качество атмосферного воздуха в жилых

зонах.

Уровень удельных выбросов литейных отделений алюминиевых заводов Рос-

сийской Федерации составляет 0,02-0,2 кг/т Al (для пыли).

3.5 Производство технического кремния

3.5.1 Расход сырья, материалов и электроэнергии

Расход сырья на 1 т технического кремния и, как следствие, количество выбро-

сов, сбросов и отходов, образующихся в процессе выплавки технического кремния спо-

собом карботермического восстановления, определяется качеством сырья и типом

(мощностью) основного оборудования - руднотермической печи.

В таблице 3.20 представлены пределы изменения удельных расходных показа-

телей по сырью, электродам и электроэнергии в производстве технического кремния.

Относительно широкий диапазон расходных показателей является следствием каче-

ства сырья и возможного варьирования соотношения восстановителей в составе сырь-

евой шихты.

108

Таблица 3.20 - Расход сырья, материалов и энергоресурсов

Единица

Наименование

Расход в т на 1 т кремния

измерения

Кварцит

2,5 - 3,2

Древесный уголь

0,34 - 1,225

Нефтяной кокс

0,16 - 0,24

Каменный уголь

0,138 - 1,580

Технологическая древесина (щепа)

0,83 - 1,40

Электроды 1205мм

0,088 - 0,100

Электроды 710

0,050 - 0,056

Электроды 100мм

0,015 - 0,040

Электроэнергия технологическая

МВт-ч

11,00 - 17,78

Электроэнергия силовая

МВт-ч

1,3 - 4,2

3.5.2 Характеристика эмиссий

Производство технического кремния сопровождается выбросом загрязняющих

веществ и образованием производственных отходов. Отходы - отсев кварцита, пыль,

уловленная в аппаратах сухой газоочистки, шлам от мокрых ступеней ГОУ.

Отходы либо утилизируются, либо реализуются потребителям. Отходы относят-

ся к IV классу опасности, не содержат вредных примесей. Мелкодисперсные частицы

кремния, уловленные при измельчении, сортировке и рафинировании готового продук-

та реализуются потребителям.

Образующийся при плавке шлак является вторичным продуктом и реализуется

по запросам потребителей.

Выделение пыли имеет место при транспорте сырья, полуфабрикатов, готовой

продукции и отходов производства, их измельчении, грохочении и сортировке. Источ-

никами пылевыделений являются транспортные, дробильные и размольные установ-

ки - конвейеры, питатели, перегрузочные и дозировочные устройства, грохота, сита,

используемые при подготовке сырьевой шихты и переработке готового продукта (кри-

сталлического кремния).

Непосредственно из РТП отходящими газами, образующимися в процессе вос-

становления кремния, и подсасываемым воздухом выносятся пылевидные частицы,

которые представлены тремя видами:

-продукты химических реакций ( Si и SiO2) и оксиды металлов, содержащихся в

золе восстановителей - CaO, Fe2O3 и Al2O3;

- наиболее тонкие частицы компонентов шихты из колошникового слоя (образу-

ются в результате измельчения при дозировке, транспортировке и загрузке шихты в

печь);

- продукты измельчения компонентов шихты (особенно углеродистых материа-

лов) в ходе восстановления и разукрупнения реагирующих частиц при осадке и опиков-

ке шихты.

109

Мелкие частицы выносятся реакционными газами на колошник, где разбавляют-

ся подсасываемым воздухом. Затем пылегазовая смесь за счет разрежения, создава-

емого дымососами, поступает по системе газоходов в систему ГОУ.

Выход пыли из печи колеблется в широких пределах от 300 до 1 000 кг (на 1 т

товарного кремния).

Количество газов, выделяющихся с колошника печи, их состав, температура и

запыленность зависит от физико-химических свойств используемых шихтовых матери-

алов. Газы от РТП содержат в среднем, %: 80-85 СО; 4-8 СО2; 1 - 3CH4; 0,1--10 Н2О;

0,1-4 N2 и 1-3 Н2. Непосредственно над колошником газы разбавляются воздухом и в

основном сгорают (при нормальном ходе процесса содержание оксида углерода в ко-

лошниковых газах незначительно, содержание кислорода - почти такое же, как в атмо-

сферном воздухе).

Газы от РТП на входе в ГОУ имеют концентрацию по пыли около 3,5 г/м³. Пыль

состоит (по массе) из 80 % SiO2; 2-4 % Аl2О3; 0,1-0,2 % Fe2O3; 1-2% СаО и 7-8 С% и

представлена частицами размером около 0,1 мкм (до 80 %).

Источники выбросов ЗВ - организованные (дымовая труба) и неорганизованные

(открытые склады, дороги, грузовой транспорт и др.). С целью снижения неорганизо-

ванных выбросов транспортеры, предназначенные для транспортировки пылящего ма-

териала, конструируются как закрытые системы.

Данные по эмиссиям - выбросам в атмосферу основных ЗВ, парниковых газов-

и объемам отходов производства технического кремния приведены в таблицах 3.3.

110

Таблица 3.21 - Данные по эмиссиям

Наличие/отсутствие в перечне ЗВ,

Код

Единица

Метод очистки

Концентрация

подлежащих Госрегулированию

Источники вы-

Наименование ЗВ

(повторного ис-

ЗВ после

измерения

ЗВ

(распоряжение Правительства РФ

броса

пользования)

очистки

№ 1316-р от 08.07.2015)

Дымовые трубы

*Циклоны, ру-

Пыль неорганическая

РТП, установки

кавные филь-

Не более 20

с содержанием SiO2

Наличие

2907

мг/нм³

аспирации

тры

70%

Дымовые трубы

«мокрая»

до 300

РТП

очистка

Наличие

Дымовые трубы

«мокрая»

Сера диоксид

0330

мг/нм³

РТП

очистка

Дымовые трубы

Парниковые газы

Отсутствие

т СО2/т Si

Без очистки

до 9

РТП

*в состав ГОУ входят также силос пыли, уловленной в циклонах, и 2 силоса, уловленной в рукавных фильтрах.

Раздел 4. Определение наилучших доступных технологий

Согласно постановлению Правительства РФ от

23 декабря

2014 г.

№ 1458,

«Методическим рекомендациям по определению технологии в качестве наилучшей до-

ступной технологии», утвержденным приказом Минпромторга России 31 марта 2015 г.

№ 665, определение технологии в качестве наилучшей доступной применительно

к алюминиевой промышленности проводится с учетом совокупности следующих крите-

риев:

а) наименьший уровень негативного воздействия на окружающую среду в рас-

чете на единицу времени или объем производимой продукции (товара). В соответствии

с «Методическими рекомендациями…» воздействие от выбросов в воздух рассматри-

вается как фактор, имеющий наибольший отрицательный эффект. Оказывающим

наименьшее отрицательное воздействие на окружающую среду считается воздействие

отходов, затем выбросы в воду и загрязнение почвы;

б) экономическая эффективность внедрения и эксплуатации;

в) применение ресурсо- и энергосберегающих методов;

г) период внедрения;

д) промышленное внедрение технологических процессов, оборудования, техни-

ческих способов, методов на двух и более объектах в Российской Федерации, оказы-

вающих негативное воздействие на окружающую среду.

4.1 Производство глинозема

Выбор технологии производства глинозема определяется наличием и возможно-

стью использования того или иного сырья (боксит, нефелин). Сырье определяет эко-

номику производства, величину материальных потоков, сырья и энергии, эмиссии в

окружающую среду. В настоящее время для производства глинозема на отечественных

заводах применяется технология выщелачивания, реализованная по двум схемам про-

цессов:

- комбинированный способ (параллельная схема Байер-спекания), объединяю-

щий две разные технологии - способ Байера и способ спекания бокситов;

- спекание нефелиновых шихт (нефелин и известняк).

4.1.1 Производство глинозема из бокситов по комбинированному способу

(параллельная схема Байер-спекания)

Описание процессов

Используемое оборудование:

1) переделы подготовки шихты к выщелачиванию, спеканию и переработка спе-

ка - дробилки, шаровые мельницы;

2) передел выщелачивания - автоклавные батареи;

3) передел сгущения и промывки шлама - сгустители, фильтры;

4) переделы спекания и кальцинации - вращающиеся печи и печи циклонно-

вихревого типа, холодильники кипящего слоя и циклонного типа;

112

5) передел переработки алюминатных растворов - декомпозеры, сгустители,

автоклавы.

К основным техническим решениям, направленным на сокращение выбросов ЗВ,

относятся:

1) применение на этапе подготовки сырья в складах продукции циклонов или ру-

кавных фильтров, что позволяет обеспечить остаточную запыленность аспирационного

воздуха не более 20 мг/нм³;

2) применение одной или двух ступеней батарейных (групповых) циклонов

и электрофильтров на переделе кальцинации, что позволяет обеспечить остаточную

запыленность дымовых газов не более 100-200 мг/нм³;

3) применение на переделе спекания одной ступени групповых циклонов, элек-

трофильтров и мокрого скруббера, что позволяет обеспечить остаточную запылен-

ность дымовых газов не более 100-200 мг/нм³.

Основным отходом производства является красный шлам, который подлежит

размещению на полигонах промышленных отходов.

По комбинированному способу работают глиноземные заводы Урала, используя

в качестве сырья бокситы.

На рассматриваемых предприятиях производство глинозема имеет значитель-

ное сходство (использование близкого по качеству сырья, природного газа в качестве

топлива), используется практически одинаковый набор оборудования. Основное отли-

чие рассматриваемых технологий - соотношение ветвей (Байера и спекания). На УАЗе

выпуск глинозема в ветви спекания составляет 12 %, в ветви Байера - 88 % от общей

мощности предприятия. На БАЗе соотношение ветвей - 20 % и 80 % соответственно.

Показатели концентрации маркерных ЗВ, характеризующих технологию произ-

водства глинозема, принимаемой в качестве НДТ, представлены в таблице 4.1.

Таблица 4.1 - Технологические показатели выбросов

Единица

Наименование отходов

Значение

измерения

Взвешенные вещества

мг/нм³

100-200 ¹³

4.1.2 Производство глинозема по способу спекания нефелинов

Описание процессов

Используемое оборудование:

1) переделы подготовки шихты и переработки спека - дробилки, мельницы;

2) передел спекания - вращающиеся печи с колосниковыми холодильниками;

3) передел кальцинации - вращающиеся печи кальцинации с холодильниками

кипящего слоя;

4) передел переработки алюминатных растворов - карбонизаторы, декомпозе-

ры, сгустители.

¹³ Запыленность газов в выбросах от печей кальцинации и спекания (после ГОУ).

113

К основным техническим решениям, направленным на сокращение выбросов ЗВ,

относятся:

1) применение на этапе подготовки сырья, в складах продукции циклонов или

рукавных фильтров, что позволяет обеспечить остаточную запыленность аспирацион-

ного воздуха не более 20 мг/нм³;

2) применение двух ступеней батарейных (групповых) циклонов и электрофиль-

тров на переделе кальцинации, что позволяет обеспечить остаточную запыленность

дымовых газов 100-200 мг/нм³;

3) применение на переделе спекания одной ступени групповых циклонов, гори-

зонтальных многопольных электрофильтров, что позволяет обеспечить остаточную за-

пыленность дымовых газов 100-200 мг/нм³.

Основным отходом производства является нефелиновый шлам, который частич-

но (до 30-50 %) используется в производстве цементного клинкера. Оставшаяся часть

подлежит размещению на объектах размещения отходов.

Технология переработки нефелинов способом спекания осуществляется на Пи-

калевском и Ачинском заводах. Спеканию подвергается шихта из нефелина и извест-

няка.

Технологические схемы производства глинозема из нефелинов на предприятиях

очень близки между собой. Основные отличия рассматриваемых производств - мощ-

ность основного технологического оборудования (определятся мощностью предприя-

тия), а также использование различных видов топлива.

Показатели концентрации маркерных ЗВ, характеризующих технологию произ-

водства глинозема, принимаемой в качестве НДТ, представлены в таблице 4.2.

Таблица 4.2 - Технологические показатели выбросов

Единица

Наименование отходов

Значение

измерения

Взвешенные вещества

мг/нм³

100-200 ¹⁴

4.2 Анодное производство

Производство анодов и анодной массы в настоящее время является сопутству-

ющим производству алюминия. Производство анодов осуществляется на промплощад-

ках алюминиевых заводов, оснащенных целиком или преимущественно электролизе-

рами с предварительно обожженными анодами (ОА). Производство анодной массы

осуществляется практически на всех заводах, оснащенных электролизерами с само-

обжигающимися анодами. Определение НДТ для производств анодов и анодной массы

будет заключаться в выборе оборудования и газоочисток для переделов производства,

обеспечивающего наиболее низкие удельные выбросы ЗВ в атмосферу.

Сбросы сточных вод и образование отходов для производства анодов и анодной

массы не являются лимитирующими фактором, так как на алюминиевых заводах ис-

пользуется замкнутая система водооборота, а образование основных отходов футе-

¹⁴ Запыленность газов в выбросах от печей кальцинации и спекания.

114

ровки печей обжига и прокалки зависит от срока их службы, который практически оди-

наков для всех рассматриваемых производств.

4.2.1 Производство анодной массы для самообжигающихся анодов

Описание технологии

На всех заводах данное производство идентично и имеет практически одинако-

вый набор оборудования.

Используемое оборудование:

- переделы хранения и подготовки кокса - транспортеры, конвейеры, дробилки,

грохоты, мельницы;

- переделы смешения и формования - дозаторы, смесители, формовочные

устройства;

- переделы прокалки - прокалочные печи, сушильные агрегаты;

- переделы хранения и подготовки пека - пекоприемники, пекоплавители.

К основным техническим решениям, направленным на сокращение выбросов ЗВ,

относятся:

- применение газоочистного оборудования на переделах хранения и подготовки

кокса. Возможно применение одного или комбинации нескольких видов следующего га-

зоочистного оборудования: циклон, электрофильтр, рукавный фильтр. Данные техни-

ческие решения позволят сократить выбросы пыли в атмосферу от процессов дробле-

ния и транспортировки кокса.

- применение газоочистного оборудования на переделе прокалки кокса. Воз-

можно применение батарейного циклона и (или) электрофильтра. Данные технические

решения позволят сократить выбросы пыли в атмосферу от процесса прокалки кокса и

твердых компонентов от процесса сжигания топлива, использующегося в печах прокал-

ки.

- применение установок сухой газоочистки (реактор + рукавный фильтр) на пе-

ределах смешения и формования. Данные технические решения направлены на со-

кращение выбросов возгонов каменноугольного пека от процессов смешения и формо-

вания анодной массы.

Показатели концентраций выбросов маркерных ЗВ, характеризующие техноло-

гию производства анодной массы, принимаемой в качестве НДТ, приведены в табли-

це 4.3.

Таблица 4.3 - Показатели концентраций выбросов маркерных загрязняющих веществ

производства анодной массы

Единица

Наименование ЗВ

Значение

измерения

Переделы смешения и формирования анодной массы

Возгоны каменноугольного пека (включая

мг/нм³

≤35

бенз(а)пирен и другие ПАУ)

Прокалка кокса (после ГОУ)

Пыль коксовая

мг/нм³

≤200

115

4.2.2 Производство обожженных анодов

Описание технологии

Используемое оборудование:

- переделы хранения и подготовки кокса - транспортеры, конвейеры, дробил-

ки, грохоты, мельницы;

- переделы смешения и прессования - дозаторы, смесители, вибропресс;

- передел обжига анодов - многокамерные кольцевые печи обжига;

- переделы хранения и подготовки пека - пекоприемники, пекоплавители;

- монтаж-демонтаж обожженных анодов - печи ИЧТ, конвейеры, системы

очистки огарков, дробилки.

К основным техническим решениям, направленным на сокращение выбросов ЗВ,

относятся:

- применение газоочистного оборудования на переделах хранения и подготов-

ки кокса. Возможно применение одного или комбинации нескольких видов следующего

газоочистного оборудования: циклон, рукавный фильтр. Данные технические решения

позволят сократить выбросы пыли в атмосферу от процессов дробления и транспорти-

ровки кокса. Эффективность данных ГОУ может составлять до 98 %;

- применение газоочистного оборудования на переделе обжига анодов. Воз-

можно применение сухой газоочистки (реактор + рукавный фильтр) или «мокрого»

скруббера. Данные технические решения позволят сократить выбросы ЗВ в атмосферу

от процесса обжига анодов. Сухая газоочистка обладает большей эффективностью:

пыль - 99 %, газообразные фториды - 99 %, возгоны каменноугольного пека - 98,5 %.

«Мокрая» ГОУ с использованием скруббера обеспечивает следующие показатели:

пыль - 84 %, газообразные фториды - 98 %, возгоны каменноугольного пека - 70 % -

75,5 %, диоксид серы - 90 %. С точки зрения эффективности «сухая» ГОУ является

более предпочтительной, однако она не осуществляет очистку от диоксида серы, по-

этому выбор типа ГОУ определяется исходя из условий размещения предприятия

и уровня фонового загрязнения территории;

- применение установок сухой газоочистки (реактор + рукавный фильтр) на пе-

ределах смешения и прессования. Данные технические решения направлены на со-

кращение выбросов возгонов каменноугольного пека от процессов производства «зе-

леных» анодов. Эффективность данных ГОУ может составлять по пыли до 98 %,

по возгонам каменноугольного пека - до 90 %;

- применение рукавных фильтров в анодно-монтажном отделении. Данные

технические решения направлены на сокращение выбросов пыли. Эффективность

фильтров может составлять до 99 %.

Показатели концентрации выбросов маркерных ЗВ, характеризующие техноло-

гию производства обожженных анодов, принимаемой в качестве НДТ, приведены в

таблице 4.4.

116

Таблица 4.4 - Показатели концентраций выбросов маркерных загрязняющих веществ

производства обожженных анодов

Единица

Наименование ЗВ

Значение

измерения

Переделы смешения и пресования

Возгоны каменноугольного пека (включая

мг/нм³

≤35

бенз(а)пирен и другие ПАУ)

Обжиг «зеленых» анодов (после ГОУ)

Взвешенные вещества

мг/нм³

4.3 Производство первичного алюминия

На алюминиевых заводах в промышленных масштабах применяются три техно-

логии электролиза:

- технология электролиза в электролизерах с предварительно обожженными

анодами (ОА);

- технология электролиза в электролизерах с самообжигающимися анодами и

верхним подводом тока к аноду (ВТ);

- технология электролиза в электролизерах с самообжигающимися анодами и

боковым подводом тока к аноду (БТ).

В связи с тем, что сброс сточных вод и образование производственных отходов

не являются превалирующими факторами для технологии электролиза, в таблице 4.5

представлены удельные выбросы ЗВ в разрезе технологий (на основании раздела 3).

Таблица 4.5 - Удельные выбросы ЗВ по технологиям электролиза (фонарь + труба)

Удельные выбросы ЗВ, кг/т Al

Смолистые

вещества

Технология

(включая

Fтв

Пыль

SO2

бенз(а)пирен

и другие

ПАУ)

ОА первого поколения

9,4-13,8 (без

0,25-0,38

0,53-0,77

До 4,9

(до 300 кА)

«мокрой» ГОУ)

ОА второго поколения

9,2-13,8 (без

0,21-0,36

0,37-0,65

До 2,7

(≥300 кА)

«мокрой» ГОУ)

До 13,6 (без

БТ

0,5-0,8

До 5,5

До 1,5

«мокрой» ГОУ)

До 2,3 (с «мок-

Рядовая ВТ

1,2-2,1

1,3-2,8

До 16,9

До 2,24

рой» ГОУ)

ВТ с производствен-

До 2,3 (с «мок-

1,2-1,4

1,3-1,9

До 9,1

До 1,7

ной системой

рой» ГОУ)

ВТ с АПГ и «сухой»

До 2,1 (с «мок-

0,62-0,81

0,62-0,83

До 4,2

До 1,5

ГОУ

рой» ГОУ)

До 1,5 (с «мок-

ВТ «ЭкоСодерберг»

0,38

0,34

До 3,6

До 1,4

рой» ГОУ)

117

Основные технические характеристики и удельные расходы сырьевых компонен-

тов по использующимся технологиям электролиза представлены в таблице 4.6.

Таблица 4.6 - Сравнение технических характеристик для технологий электролиза ОА,

ВТ, БТ

Выход по току,

КПД газоотсоса,

Технология

Сила тока, кА

ОА первого поколения (до 300 кА)

До 300 кА

92,7-93,0

96,6-97,0

ОА второго поколения (≥300 кА)

≥300 кА

До 94,5

До 98,7

Рядовая ВТ

140-175

87,5-89

86,3-88

ВТ с АПГ и «сухой» ГОУ

165-175

87,5-89

До 90

ВТ «ЭкоСодерберг»

172-176

88-91

96,0-97,5 *

ВТ с производственной системой

167-170

87,7-90

89-93

БТ

83-85

89-90

93-96

* Верхний предел - наилучшая практика.

Технология электролиза с электролизерами ОА характеризуется отсутствием

выбросов смолистых веществ и имеет наименьшие удельные выбросы ЗВ. Современ-

ные мощные электролизеры, внедренные на отечественных алюминиевых заводах,

оснащены высокоэффективными рамно-створчатыми укрытиями с КПД газоотсоса до

98 %. Для очистки отходящих от электролизеров газов применяются высокоэффектив-

ные «сухие» ГОУ с КПД более 99 %. Учитывая уровень эмиссий и ресурсоэффектив-

ность технологии с использованием обожженных анодов, её целесообразно применять

как основную при проектировании и строительстве новых заводов.

В качестве НДТ для технологии электролиза ВТ рекомендуются следующие тех-

нологии:

1) технология ВТ «ЭкоСодерберг»;

2) технология ВТ с производственной системой.

Технология ВТ с АПГ и «сухой» ГОУ является переходной к технологии «ЭкоСо-

дерберг».

Учитывая степень промышленного внедрения технологии электролиза с БТ (од-

но предприятие на территории Российской Федерации), отсутствие экономически при-

емлемых альтернатив замены данной технологии на электролиз с использованием

обожженных анодов, применение технологии электролиза БТ целесообразно на дей-

ствующем предприятии с применением лучших российских практик, направленных на

минимизацию выбросов в атмосферный воздух, - «сухой» очистки газов и дополни-

тельной герметизации анодного узла.

Практически для всех алюминиевых заводов характерно наличие замкнутой си-

стемы водооборота и размещение отработанной футеровки электролизеров на поли-

гонах промотходов, при этом возможна их частичная реализация сторонним потреби-

телям в зависимости от спроса и рынка сбыта в каждом регионе.

Ниже приведено описание НДТ для производства первичного алюминия.

118

4.3.1 Электролиз в электролизерах с предварительно обожженными анодами

Описание технологии

Используемое оборудование:

1) электролизеры с предварительно обожженными анодами первого поколения

мощностью до 300 кА;

2) электролизеры с предварительно обожженными анодами второго поколения

мощностью 300 кА и выше.

Высокие показатели электролизеров обеспечиваются обязательным применени-

ем ряда технических и технологических мероприятий, основными из которых являются:

- применение электролита с криолитовым отношением 2.2-2.4, которое обес-

печивает снижение температуры плавления электролита, что позволяет вести техноло-

гический режим при более низких температурах электролиза. Работа при такой техно-

логии обеспечивается при стабилизации технологического и теплового режима в узких

пределах, что достигается за счет применения АПГ;

- снижение концентрации глинозема в электролите, которое позволяет увели-

чить выход по току. Однако снижение концентрации глинозема ведет к повышению

температуры ликвидуса, что компенсируется применением добавок фтористых солей

в электролит. С технологической точки зрения целесообразно применение CaF2, по-

скольку его содержание легче поддерживать в требуемых пределах. Поддержание низ-

кой концентрации в стабильном тепловом режиме обеспечивается системой АСУТП

и системой АПГ при обеспечении «песчаным» глиноземом со стабильными физико-

химическими свойствами;

- использование глинозема «песчаного» типа по результатам промышленной

эксплуатации дает прирост выхода по току не менее 1,5 %. Применение «песчаного»

типа глинозема предпочтительнее при использовании «сухой» газоочистки, поскольку

обеспечивает более эффективное улавливание фторидов за счет развитой удельной

поверхности глинозема;

- использование систем АПГ точечного типа позволяет поддерживать ста-

бильную концентрацию глинозема и криолитовое отношение (при наличии дополни-

тельного питателя фторсолей) в узком интервале, достаточном для получения наибо-

лее высоких показателей по выходу по току;

- стабилизация тока серии позволяет обеспечить условия для получения вы-

хода по току свыше 94,5 %, так как любые возмущения технологического режима вы-

зывают дополнительные возмущения поверхности металла и, соответственно, его по-

тери;

- система АСУТП электролиза предназначена для повышения эффективности

процесса, снижения вредных экологических воздействий, мониторинга состояния тех-

нологического режима и работы оборудования, стабилизации и оптимизации техноло-

гического режима, снижения количества и тяжести нарушений, предотвращения ава-

рийных ситуаций и облегчения труда производственного персонала.

К основным решениям по сокращению выбросов загрязняющих веществ в атмо-

сферу от электролизеров относятся:

- автоматизация производства, позволяющая более точно регулировать тех-

нологические и тепловые режимы работы электролизеров, оптимизировать состав

электролита, контролировать раздачу сырья в электролизеры;

119

- применение установок сухой очистки газов;

- автоматическое питание глиноземом (АПГ), фторсолями и дробленым элек-

тролитом электролизеров, что позволяет исключить разгерметизацию электролизера

при проведении данной технологической операции.

Более мощные электролизеры второго поколения (>300 кА) позволяют суще-

ственно снизить энергоемкость производства, обеспечивая экологический и экономи-

ческий эффект. Однако они имеют соответственно большие габаритные размеры. Для

их установки, как правило, требуется сооружение отдельных корпусов электролиза или

значительная реконструкция существующих. Менее мощные электролизеры первого

поколения (<300 кА) с меньшими габаритными размерами могут быть установлены при

модернизации существующих корпусов электролиза при переходе с технологии БТ или

ВТ на технологию ОА.

Для минимизации выбросов ЗВ в аэрационные фонари электролизных корпусов

для мощных электролизеров второго поколения (≥300 кА) осуществляются следующие

мероприятия:

1) уплотнение штанг анодов электролизеров для минимизации выделений за-

грязняющих веществ в корпус электролиза через неплотности в месте входа штанги

в укрытие электролизера;

2) автоматическое гашение анодных эффектов в электролизере без его разгер-

метизации;

3) для выливки металла, отбора проб и других операций - выполнение проема

с дверцами в укрытиях электролизера.

Благодаря этим мероприятиям КПД укрытий электролизеров второго поколения

может достигать 98,7 %.

Для очистки электролизных газов от фтористых соединений и пыли применяется

система «сухой» очистки газов глиноземом в реакторах и рукавных фильтрах. Отходя-

щие от электролизеров газы поступают из коллектора, проходят через модули реак-

тор - рукавный фильтр, где очищаются от фтористого водорода и пыли и вентилято-

рами выбрасываются в атмосферу. Перед каждым фильтром в поток загрязненного га-

за дозируется свежий (первичный) глинозем. Адсорбция фтористого водорода проис-

ходит как в реакторе, так и в фильтрующем слое глинозема на рукавах фильтра. За-

грязненный газ с глиноземом и пылью с помощью распределительного устройства,

установленного на входе в фильтр, равномерно подается на все рукава. Глинозем

с адсорбированными фторидами и пылью образуют на рукавах фильтра фильтрующий

слой, в котором происходят адсорбция и пылеулавливание. Пыль с рукавов удаляется

импульсной продувкой при помощи сжатого воздуха. Воздух подается с помощью элек-

тромагнитных клапанов. Импульсы задаются программирующей электронной системой.

Уловленные глинозем и пыль собираются в бункере фильтра. Очищенный газ направ-

ляется в коллектор чистого газа и удаляется в атмосферу через трубы. Отработанный

(фторированный) глинозем направляют в электролизеры. Степень улавливания фто-

ристых соединений и электролизной пыли в установках сухой очистки газов составляет

≤99 %.

Технологии электролиза ОА с электролизерами первого и второго поколения

(мощностью до 300 кА и от 300 кА и выше) внедрены на отечественных алюминиевых

заводах, причем ими может быть оснащен и завод целиком, и отдельные корпуса элек-

тролиза.

120

В таблице 4.7 представлены основные технические характеристики электроли-

зеров с предварительно обожженными анодами, применяющимися на отечественных

алюминиевых заводах.

Таблица 4.7 - Основные технические характеристики электролизеров ОА

Эффективность

Выход по току,

Технология

Сила тока, кА

системы

применяемых

газоотсоса, %

ГОУ

Электролизеры

первого поколе-

140-255

93,0

96,6-97 *

99,0-99,8 *

ния

Электролизеры

второго поколе-

300-400

до 94,5 *

98,0-98,7 *

99,2-99,8 *

ния

* Наилучшая практика.

Выбросы ЗВ в атмосферный воздух являются основным лимитирующим факто-

ром в природоохранной деятельности алюминиевых заводов. Кроме того, в соответ-

ствии с «Методическими рекомендациями по определению технологии в качестве

наилучшей доступной технологии», утвержденными приказом Минпромторга России

от 31 марта 2015 г. № 665, воздействие от выбросов в атмосферный воздух следует

рассматривать как фактор, имеющий наибольший отрицательный эффект.

Исходя из вышеизложенного, выбор наилучших доступных технологий электро-

лиза ОА основывается на наименьшем количестве выбрасываемых ЗВ.

В таблице 4.8 приведен перечень технических решений, направленных на со-

кращение выбросов ЗВ, применяемых для корпусов электролиза, оснащенных элек-

тролизерами ОА алюминиевых заводов Российской Федерации. В таблице 4.9 приве-

дены удельные выбросы ЗВ для технологии электролиза ОА в электролизерах первого

и второго поколения для наилучших их практик эксплуатации на алюминиевых заводах

Российской Федерации.

Таблица 4.8

- Технические решения, направленные на сокращение выбросов

загрязняющих веществ

Завод А:

Завод Б:

Завод В:

электроли-

зеры пер-

зеры второ-

зеры пер-

зеры второ-

Техническое решение

вого поко-

го поколе-

вого поко-

го поколе-

ления (до

ния (300 кА

ления (до

ния (300 кА

300 кА)

и выше)

300 кА)

и выше)

АПГ

Автоматизация производства

Уплотнение штанг анодов электро-

лизеров

Для выливки металла, отбора проб

и других операций - проем с двер-

цами в укрытиях электролизера

Установка сухой ГОУ (реактор + ру-

кавный фильтр)

121

Таблица 4.9 - Удельные выбросы маркерных загрязняющих веществ для предприятий

с технологией электролиза ОА (наилучшие практики)

Пыль,

Технология

HF, кг/т Al

Fтв, кг/т Al

SO2, кг/т Al

кг/т Al

Электролизеры первого поколения

≤0,35

≤0,75

3,4-4,9

до 30 *

(до 300 кА)

Электролизеры второго поколения

0,21-0,23

≤0,37

2,2-2,7

до 30 *

(300 кА и выше)

* Показатель информационный зависит от содержания серы в анодах.

4.3.2 Электролиз в электролизерах Содерберга с боковым подводом тока к аноду

(БТ) и шторными укрытиями

Описание технологии

Используемое оборудование - электролизеры с самообжигающимися анодами

(Содерберга) боковым подводом тока к аноду и шторными укрытиями типа БТ-85 с си-

лой тока 85 кА.

При данной технологии применяются:

укрытия электролизеров, монтирующиеся на каркасе и имеющие вверху га-

зосборный колпак и шторы, закрывающие боковые стороны электролизера;

«сухая» газоочистка (реактор + рукавный фильтр);

герметизация узла анодного стояка электролизера.

При соблюдении технологической дисциплины в обслуживании электролизеров

БТ и при использовании шторных укрытий и герметизации анодного стояка эффектив-

ность укрытия данных электролизеров может составлять до 96 %.

В настоящее время данная технология используется только на одном алюмини-

евом заводе Российской Федерации.

Преимуществами данной технологии являются:

- применение достаточно эффективных укрытий электролизеров шторного ти-

па, которые вместе с герметизацией узлов анодного стояка электролизеров и с соблю-

дением технологической дисциплины могут показывать эффективность до 96 %;

- применение сухой очистки газов (реактор + рукавный фильтр), которая поз-

воляет улавливать ЗВ с эффективностью: по пыли и твердым фторидам - не ниже

99 %, по фтористому водороду - не ниже 98,4 %; по смолистым веществам - не ниже

96 %.

Для данной технологии характерен также комплексный подход к снижению воз-

действия на окружающую среду. Кроме технических решений, направленных на сокра-

щение выбросов ЗВ в атмосферу, предусматриваются системы оборота производ-

ственных вод, размещение отходов осуществляется на специализированных полигонах

промотходов.

В таблицах 4.10-4.11 приведены основные технические характеристики и удель-

ные выбросы ЗВ для технологии электролиза БТ.

122

Таблица 4.10 - Основные технические характеристики электролизеров БТ

Эффективность

Выход по току,

Технология

Сила тока, кА

системы газоот-

применяемых

соса, %

ГОУ

HF - 98-99,4 *,

пыль, Fтв - 97-

БТ

83-85

89-90

93-96*

99 *, смолистые

вещества - 95-

99 *

* Наилучшая практика.

Таблица 4.11 - Выбросы маркерных ЗВ для технологии электролиза БТ (наилучшая

практика)

Смолистые

вещества

(включая

Пыль,

Технология

HF, кг/т Al

Fтв, кг/т Al

SO2, кг/т Al

бенз(а)пире

кг/т Al

н и другие

ПАУ),

кг/т Al

БТ

0,5-0,8

3,2-5,4

до 30*

0,9-1,5

* Показатель информационный, зависит от содержания серы в анодах

4.3.3 Электролиз в электролизерах с верхним подводом тока к аноду (ВТ) по

технологии «Экологический Содерберг» («ЭкоСодерберг»)

Описание технологии

Используемое оборудование - электролизеры С8БМ(Э) и С8Б(Э) (модернизиро-

ванные электролизеры типа С8БМ и С8Б, на которых реализована технология «Эколо-

гический Содерберг»).

Данная технология предусматривает применение следующих технических реше-

ний:

- усовершенствованная система газоудаления, включая модернизированные

газоходы с автоматической пневматической очисткой. Данная система позволяет по-

высить эффективность укрытия электролизера и сократить выбросы загрязняющих

веществ через аэрационные фонари электролизных корпусов, дающие наибольший

вклад в загрязнение атмосферы;

- применение автоматического питания глиноземом (АПГ). Позволит сократить

время разгерметизации электролизера во время подачи глинозема, направлено на по-

вышение эффективности системы газоотсоса электролизера и снижение фонарных

выбросов загрязняющих веществ;

- применение анодной массы с пониженным содержанием связующего.

Направлено на сокращение первичного выделения смолистых веществ из электроли-

зера;

- применение сухой газоочистки и/или сухой газоочистки с доочисткой в мок-

рых скрубберах (пенных аппаратах). Направлено на сокращение выбросов загрязняю-

123

щих веществ, поступающих в атмосферу через трубы электролизных корпусов. Сте-

пень очистки от загрязняющих веществ >99 %.

Эффективность укрытия электролизеров ВТ, работающих по технологии «Эко-

Содерберг», может составлять 96-97,4 %.

Кроме технических решений экологической направленности, технология «ЭкоСо-

дерберг» позволит обеспечить возможность увеличения силы тока серии электролизе-

ров, снизить расходные коэффициенты по анодной массе и технологической электро-

энергии.

Сбросы сточных вод в водные объекты отсутствуют, применяется замкнутая си-

стема водооборота. Отходы отработанной футеровки электролизеров подлежат раз-

мещению на полигонах промотходов, возможна их частичная реализация сторонним

потребителям в зависимости от спроса и рынка сбыта в каждом регионе.

Технология «ЭкоСодерберг» внедрена в нескольких корпусах электролиза на

двух алюминиевых заводах Российской Федерации.

Для оценки преимуществ выбранной НДТ проведено ее сравнение с рядовой

технологией электролиза ВТ (таблицы 4.12 и 4.13).

Таблица 4.12 - Основные технические характеристики электролизеров ВТ

Эффективность

Выход по току,

Технология

Сила тока, кА

системы газоот-

применяемых

соса, %

ГОУ, %

«ЭкоСодерберг»

172-176

88-91

До 97,4

>99

HF - 95-98,

пыль, Fтв - 70-

86, смолистые

вещества -

Рядовая ВТ

135-175

87,5-89

До 85,5

66,5-83,5 (при

использовании

«сухой» ГОУ -

>99)

Применение технологии «ЭкоСодерберг» позволяет увеличить силу тока и выход

по току, повысить эффективность системы газоотсоса электролизеров.

В таблице 4.13 приведено сравнение удельных выбросов ЗВ для рядовой техно-

логии электролиза ВТ и технологии электролиза «ЭкоСодерберг».

124

Таблица 4.13 - Сравнение выбросов маркерных загрязняющих веществ для

предприятий с технологией электролиза ВТ

Смолистые

вещества

(включая

Пыль,

Технология

HF, кг/т Al

Fтв, кг/т Al

SO2, кг/т Al

бенз(а)пире

кг/т Al

н и другие

ПАУ),

кг/т Al

«ЭкоСодерберг»

0,38

0,34

1,8-3,6

≤1,5 *

0,89-1,38

Рядовая ВТ

1,20-2,11

1,3-2,8

11,0-16,9

1,5-2,3 *

1,5-2,24

* Показатель информационный. При использовании второй, «мокрой» ступени ГОУ. При использовании

только первой, «сухой» ступени ГОУ количество SO2 зависит от содержания серы в анодной массе и

может достигать до 30 кг/т Al.

Как видно из таблицы, средние удельные выбросы ЗВ для технологии «ЭкоСо-

дерберг» значительно ниже, чем для рядовой технологии ВТ.

4.3.4 Электролиз в электролизерах с верхним подводом тока к аноду (ВТ) с

использованием производственных систем

Описание технологии

Используемое оборудование - электролизеры ВТ всех марок.

Данная технология предусматривает применение следующих технических реше-

ний:

- мокрая или сухая газоочистка или их комбинация.

Для очистки отходящих от электролизеров ВТ газов может использоваться соче-

тание следующего газоочистного оборудования:

а) электрофильтр + мокрая доочистка в скрубберах или пенных аппаратах с эф-

фективностью: по фтористому водороду - не менее 98 %, по диоксиду серы - не менее

95 %, по пыли и твердым фторидам - не менее 90 %, по смолистым веществам -

не менее 78 % - 85 %;

б) реактор + рукавный фильтр + мокрая доочистка в скрубберах или пенных ап-

паратах с эффективностью более 99 %;

в) реактор + рукавный фильтр с эффективностью 99 %.

Данные технические решения направлены на сокращение выбросов ЗВ через

трубы;

- применение анодной массы с пониженным содержанием связующего. Данное

техническое решение направлено на сокращение первичного выделения смолистых

веществ из электролизера;

- производственная система. Включает комплекс операционных мероприятий,

направленных на сокращение времени разгерметизации электролизера, повышение

эффективности системы газоотсоса и снижение выбросов через аэрационные фонари

электролизных корпусов - источники выбросов, дающие наибольший вклад в загрязне-

ние атмосферы.

125

Организационные мероприятия по оптимизации графиков технологических обра-

боток, численности и специализации персонала электролизных корпусов, а также при-

менение средств механизации и автоматизации позволят снизить время гашения

анодных эффектов и их количество, снизить образование угольной пены, количество

технологических обработок и время их проведения, что приводит к общему сокраще-

нию времени разгерметизации электролизера. Для снижения выделений смолистых

веществ при перестановке анодных штырей на электролизере применяется герметиза-

ция лунок, образующихся после извлечения штыря с помощью заглушки (алюминиевой

пробки), устанавливаемой в лунку на период коксования засыпанной перед этим под-

штыревой анодной массы. Также мероприятия производственной системы позволяют

повысить эффективность горелочных устройств за счет оперативного выявления и

устранения различных неисправностей в работе горелочного устройства.

Технология электролиза ВТ с использованием производственных систем внед-

рена на двух алюминиевых заводах Российской Федерации.

Сравнительные характеристики основных технологических параметров электро-

лизеров ВТ с производственной системой и рядовых ВТ приведены в таблице 4.14.

Сравнение удельных выбросов маркерных ЗВ для технологии ВТ с производственной

системой и рядовой ВТ приведено в таблице 4.15.

Таблица 4.14 - Основные технические характеристики электролизеров ВТ

Эффективность

Выход по току,

Технология

Сила тока, кА

системы газоот-

применяемых

соса, %

ГОУ, %

HF - 98, пыль,

Fтв - 90, смоли-

ВТ с производ-

стые вещества -

ственной систе-

167-170

87,7-90

89-93

78 (при исполь-

мой

зовании «сухой»

ГОУ - >99)

HF - 95-98,

пыль, Fтв - 70-

86, смолистые

вещества -

Рядовая ВТ

135-175

87,5-89

До 85,5

66,5-83,5 (при

использовании

«сухой» ГОУ -

>99)

126

Таблица 4.15

- Сравнение выбросов маркерных загрязняющих веществ для

предприятий с технологией электролиза ВТ

Смол. ве-

щества

(включая

Пыль,

Технология

HF, кг/т Al

Fтв, кг/т Al

SO2, кг/т Al

бенз(а)пире

кг/т Al

н и другие

ПАУ),

кг/т Al

ВТ с производствен-

1,2-1,4

1,3-1,88

6,85-9,11

1,5-2,3*

1,5-1,68

ной системой

Рядовая ВТ

1,20-2,11

1,3-2,8

11,0-16,9

1,5-2,3*

1,5-2,24

* Показатель информационный. При использовании второй, «мокрой» ступени ГОУ. При использовании

только первой, «сухой» ступени ГОУ количество SO2 зависит от содержания серы в анодной массе и

может достигать до 30 кг/т Al.

Применение технологии электролиза ВТ с производственной системой позволит

увеличить силу тока и выход по току, повысить эффективность системы газоотсоса

электролизеров по сравнению с рядовой технологией ВТ.

Из таблиц видно, что по экологическим показателям технология электролиза ВТ

с использованием производственных систем уступает только технологии «ЭкоСодер-

берг». Учитывая, что технология «ЭкоСодерберг» может применяться не для всех ма-

рок электролизеров, технологию электролиза ВТ с использованием производственных

систем можно рекомендовать в качестве ее альтернативы либо как первый этап пере-

хода на технологию «ЭкоСодерберг».

4.4 Производство по выпуску алюминия и его сплавов с применением

автоматизированных литейных линий

Описание технологии

Литейное производство является сопутствующим производству первичного алю-

миния и эксплуатируется на всех алюминиевых заводах Российской Федерации. Обо-

рудование литейных отделений зависит от вида товарной продукции, выпускаемой на

каждом конкретном заводе. Основное используемое оборудование - миксеры, литей-

ные машины, плавильные печи. Оборудование литейных отделений из-за малых вели-

чин выбросов ЗВ не оснащается системами газоочистки, для отвода из рабочей зоны

пылегазовоздушной смеси от оборудования литейных отделений могут быть преду-

смотрены местные отсосы.

Критериям НДТ для литейных отделений будет соответствовать современный

уровень автоматизации производственных процессов, который применяется в настоя-

щее время практически во всех литейных отделениях алюминиевых производств.

Удельные выбросы маркерных ЗВ, характеризующие технологию литейного про-

изводства, принимаемую в качестве НДТ, составляют: пыль - 0,02-0,2 кг/т Al.

127

4.5 Описание технологии производства технического кремния

В основе технологии производства технического кремния лежит способ электро-

термического восстановления кварцитов углеродными восстановителями.

В качестве углеродсодержащего сырья могут применяться древесный и нефтя-

ной кокс, каменный (бурый) уголь (обогащённый и концентрат), древесная щепа.

Используемое оборудование для получения кремния:

- при разгрузке сырья и подготовке сырьевой шихты - грузоподъемные устрой-

ства, транспортеры, дробилки мельницы, сита, грохота;

- в процессе электротермического плавления - руднотермическая печь - РТП

(тип РКО);

- при разливке кремния и формировании товарных партий; дроблении кусков

кремния, рафинировании - ковши, изложницы, дробилки, грохота.

К основным техническим решениям, направленным на сокращение выбросов ЗВ,

относятся:

- применение циклонов и рукавных фильтров на этапе подготовки сырья в скла-

дах и при переработке готовой продукции, что позволяет обеспечить остаточную запы-

ленность аспирационного воздуха не более 20 мг/нм3;

- применение в рудотермическом отделении системы ГОУ, состоящей из цикло-

нов и рукавных фильтров в комплекте с силосами пыли и её уплотнения при достиже-

нии остаточной запыленности выбрасываемых газов не более 20 мг/нм³.

Основным отходом производства является улавливаемая в ГОУ пыль сырьевых

материалов и готовой продукции, которая подлежит утилизации или размещению на

полигонах промышленных отходов, шлак. Количество шлака при плавке кремния не

должно превышать 100 кг на 1 т кремния.

На предприятиях, производящих технический кремний, применяется близкое по

качеству и техническим показателям сырье, используется одна и та же технология, ис-

пользуется конструктивно одинаковое основное технологическое оборудование - один

и тот же тип плавильной печи - РКО (но различной мощности). Отличие, кроме мощно-

сти - комплектация РТП трансформаторами и применяемые для очистки газов от пыли

аппараты ГОУ.

Показатели концентрации маркерных ЗВ, характеризующих технологию произ-

водства технического кремния, принимаемой в качестве НДТ, представлены в таблице

4.16.

Таблица 4.16 - Технологические показатели выбросов

Наименование эмиссий

Единица измерения

Значение

Пыль неорганическая с содержа-

нием кремния менее 20, 20-70, а

мг/нм³

До 200

также более 70 процентов

128

Раздел 5. Наилучшие доступные технологии

В разделе приведены характеристики и технологические показатели оборудова-

ния для сокращения эмиссий в атмосферу и отходов. Описание НДТ приведено в раз-

деле 4.

5.1. Производство глинозема

НДТ 1. Производство глинозема из бокситов комбинированным способом

(параллельная схема Байер-спекания) с долей ветви спекания не более

20 %

НДТ на переделах производства глинозема из бокситов комбинированным спо-

собом предусматривает использование приведенных ниже методов/оборудования

(см. 3.1 и 4.1.1).

Метод/оборудование

Применимость

Применение на переделах подготовки сырья, в

складах продукции (силоса, бункера спека, глино-

Циклон или рукавный фильтр

зема).

Как правило, применимо

Одна или две ступени батарейных

Применение на переделе кальцинации.

(групповых) циклонов и электро-

Как правило, применимо

фильтров

Применение на переделе спекания.

Применимость «мокрого» скруббера может быть

ограничена в следующих случаях:

Одна ступень групповых циклонов,

- образование значительных объемов отходов и

электрофильтров и мокрого скруб-

сточных вод;

бера

- в засушливых районах - потребность в больших

объемах воды и необходимость обработки сточ-

ных вод, а также сопутствующий межсредовой

эффект

Технологические показатели выбросов от печей спекания и кальцинации для

НДТ 1 приведены в таблице 5.1.

Таблица 5.1 - Технологические показатели выбросов в атмосферу от печей спекания и

кальцинации для НДТ 1

Единица

Значение

Технологический показатель

измерения

(диапазон)

Взвешенные вещества

мг/нм³

≤200

Применимость НДТ 1

Возможно применение технологии на новом предприятии, при модернизации

действующего предприятия.

129

НДТ 2. Технология производства глинозема спеканием нефелинов

НДТ 2 предусматривает применение приведенных ниже методов/оборудования

(см. 3.1 и 4.1.2).

Метод/оборудование

Применимость

Применение на переделах подготовки сырья, в

складах продукции (силоса, бункера спека, глино-

Циклон или рукавный фильтр

зема).

Как правило, применимо

Две ступени батарейных (группо-

Применение на переделе кальцинации.

вых) циклонов и электрофильтров

Как правило, применимо

Применение на переделе спекания.

Как правило, применимо.

Применимость «мокрого» скруббера может быть

Одна ступень групповых циклонов,

ограничена в следующих случаях:

горизонтальных многопольных

- образование значительных объемов отходов и

электрофильтров («мокрый» скруб-

сточных вод;

бер)

- в засушливых районах - потребность в больших

объемах воды и необходимость обработки сточ-

ных вод, а также сопутствующий межсредовой

эффект

Технологические показатели выбросов от печей спекания и кальцинации для

НДТ 2 приведены в таблице 5.2.

Таблица 5.2 - Технологические показатели выбросов от печей спекания и кальцинации

для НДТ 2

Единица

Значение

Технологический показатель

измерения

(диапазон)

Взвешенные вещества

мг/нм³

≤200

Применимость НДТ 2

Модернизация действующего предприятия.

5.2. Производство анодов и анодной массы

НДТ 3. Производство анодной массы для самообжигающихся анодов

НДТ 3 при производстве анодной массы предусматривает применение приве-

денных ниже методов/оборудования (см. 3.2 и 4.2.1).

130

Метод/оборудование

Применимость

Применение на переделах хранения и подготовки

Циклон, и (или) электрофильтр,

кокса.

и (или) рукавный фильтр

Как правило, применимо

Батарейный циклон и (или) элек-

Применение на переделе прокалки кокса.

трофильтр

Как правило, применимо

Применение на переделах смешения и формова-

«Сухая» газоочистка (реактор + ру-

ния анодной массы.

кавный фильтр)

Как правило, применимо

Технологические показатели выбросов для НДТ 3 приведены в таблице 5.3.

Таблица 5.3 - Технологические показатели выбросов для НДТ 3

Единица

Значение

Технологический показатель

измерения

(диапазон)

Взвешенные вещества

мг/нм³

≤200

Бензапирен

мг/нм³

≤0,0525

Применимость НДТ 3

Возможно применение технологии при модернизации действующего предприя-

тия.

НДТ 4. Производство обожженных анодов

НДТ при производстве обожженных анодов предусматривает применение при-

веденных ниже методов/оборудования (см. 3.2 и 4.2.2).

Метод/оборудование

Применимость

Применение на переделах хранения и подготовки

Циклон и (или) рукавный фильтр

кокса.

Как правило, применимо

Применение на переделах смешения, формова-

ния, обжиге «зеленых» анодов.

Применимость «мокрого» скруббера может быть

ограничена в следующих случаях:

«Сухая» газоочистка (реактор + ру-

- образование значительных объемов отходов и

кавный фильтр) или «мокрый»

сточных вод;

скруббер

- в засушливых районах - потребность в больших

объемах воды и необходимость обработки сточ-

ных вод, а также сопутствующий межсредовой

эффект

Технологические показатели выбросов для НДТ 4 приведены в таблице 5.4.

131

Таблица 5.4 -Технологические показатели выбросов для НДТ 4

Единица

Технологический показатель

Значение

измерения

Взвешенные вещества

мг/нм³

≤50

Бензапирен

мг/нм³

≤0,0525

Применимость НДТ 4

Возможно применение технологии на новом предприятии и при модернизации

действующего предприятия.

5.3. Производство первичного алюминия

НДТ 5. Электролиз в электролизерах с предварительно обожженными

анодами первого поколения (мощностью до 300 кА)

НДТ при производстве алюминия в электролизерах с предварительно обожжен-

ными анодами первого поколения (мощностью до 300 кА) предусматривает примене-

ние приведенных ниже методов/оборудования (см. 3.3 и 4.3.1).

Метод/оборудование

Применимость

«Сухая» газоочистка (реактор + ру-

Применимо

кавный фильтр)

Автоматическое питание глинозе-

Применимо

мом

Система АСУТП процесса электро-

Применимо

лиза

Технологические показатели выбросов для НДТ 5 приведены в таблице 5.5.

Таблица 5.5 - Технологические показатели выбросов для НДТ 5

Значение для тех-

Значение концентрации

нологии корпуса

выброса на выходе из

Технологический показатель

электролиза (диа-

установки очистки газа,

пазон), кг/тAl

мг/нм³

Фториды газообразные (гидрофторид, крем-

≤0,35

≤2,5

ний тетрафторид) (в пересчете на фтор)

Фториды твердые

≤0,75

≤2,5

Серы диоксид

≤30

≤ 300

Взвешенные вещества

≤4,9

≤10

Применимость НДТ 5

Возможно применение технологии при модернизации действующего предприя-

тия.

132

НДТ 6. Электролиз в электролизерах с предварительно обожженными

анодами второго поколения (мощностью 300 кА и выше)

НДТ при производстве алюминия в электролизерах с предварительно обожжен-

ными анодами второго поколения (мощностью 300 кА и выше) предусматривает при-

менение приведенных ниже методов/оборудования (см. 3.3 и 4.3.1).

Метод/оборудование

Применимость

«Сухая» газоочистка (реак-

Применимо

тор+рукавный фильтр)

Автоматическое питание глинозе-

Применимо

мом

Система АСУТП процесса электро-

Применимо

лиза

Уплотнение штанг анодов электро-

Применимо

лизеров

Для выливки металла, отбора проб

и других операций использование

Применимо только для вновь устанавливаемых

проема с дверцами в укрытиях

электролизеров

электролизера

Технологические показатели выбросов для НДТ 6 приведены в таблице 5.6.

Таблица 5.6 - Технологические показатели выбросов для НДТ 6

Значение для тех-

Значение концентра-

нологии корпуса

ции выброса на выходе

Технологический показатель

электролиза (диа-

из установки очистки

пазон), кг/тAl

газа, мг/нм³

Фториды газообразные (гидрофторид, крем-

≤0,23

≤1,5

ний тетрафторид) (в пересчете на фтор)

Фториды твердые

≤0,37

≤1,5

Серы диоксид

≤ 30

≤ 300

Взвешенные вещества

≤2,7

≤10

Применимость НДТ 6

Возможно применение технологии на новом предприятии и при модернизации

действующего предприятия.

НДТ 7. Электролиз в электролизерах Содерберга с боковым подводом тока

к аноду (БТ) и шторными укрытиями

НДТ при производстве алюминия в электролизерах с самообжигающимися ано-

дами и боковым токоподводом предусматривает применение приведенных ниже мето-

дов/оборудования (см. 3.3 и 4.3.2).

133

Метод/оборудование

Применимость

«Сухая» газоочистка (реактор + ру-

Применимо

кавный фильтр)

Герметизация узла анодного стояка

Применимо

Технологические показатели выбросов для НДТ 7 приведены в таблице 5.7.

Таблица 5.7 - Технологические показатели выбросов для НДТ 7

Значение для тех-

Значение концентрации

нологии корпуса

выброса на выходе из

Технологический показатель

электролиза (диа-

установки очистки газа,

пазон), кг/тAl

мг/нм³

Фториды газообразные (гидрофторид, крем-

≤0,8

≤2,5

ний тетрафторид) (в пересчете на фтор)

Фториды твердые

≤0,8

≤2,5

Серы диоксид

≤30

≤150

Взвешенные вещества

≤5,4

≤10

Бенз(а)пирен

≤0,008

Применимость НДТ 7

Возможно применение технологии на действующем предприятии.

НДТ 8. Электролиз в электролизерах с верхним подводом тока к аноду (ВТ)

с использованием производственной системы

НДТ 8 при производстве алюминия в электролизерах с самообжигающимися

анодами и верхним токоподводом с использованием производственной системы

предусматривает применение приведенных ниже методов/оборудования (см. 3.3 и

4.3.4).

Метод/оборудование

Применимость

«Мокрая» или «сухая» газоочистка

Применимо

или их комбинация

«Сухая» газоочистка (реактор + ру-

Применимость «мокрого» скруббера может быть

кавный фильтр) с II ступенью «мок-

ограничена в следующих случаях:

рой» доочистки

- образование значительных объемов отходов и

сточных вод;

- в засушливых районах - потребность в больших

объемах воды и необходимость обработки сточ-

ных вод, а также сопутствующий межсредовой

эффект

Автоматическое питание глинозе-

Применимо

мом

Анодная масса с пониженным со-

Применимо

держанием связующего

Производственная система

Применимо

134

Технологические показатели выбросов для НДТ 8 приведены в таблице 5.8.

Таблица 5.8 - Технологические показатели выбросов для НДТ 8

Значение для тех-

Значение концентрации

нологии корпуса

выброса на выходе из

Технологический показатель

электролиза (диа-

установки очистки газа,

пазон), кг/тAl

мг/нм³

Фториды газообразные (гидрофторид, крем-

≤1,4

≤25

ний тетрафторид) (в пересчете на фтор)

Фториды твердые

≤1,9

≤35

Серы диоксид

≤2,3

≤50

Взвешенные вещества

≤9,1

≤100

Бензапирен

≤0,008

Применимость НДТ 8

Возможно применение технологии при модернизации действующего предприя-

тия.

НДТ 9. Электролиз в электролизерах с верхним подводом тока к аноду (ВТ)

по технологии «Экологический Содерберг» («ЭкоСодерберг»)

НДТ 9 при производстве алюминия в электролизерах с самообжигающимися

анодами и верхним токоподводом по технологии «ЭкоСодерберг» предусматривает

применение приведенных ниже методов/оборудования (см. 3.3 и 4.3.3).

Метод/оборудование

Применимость

«Сухая» газоочистка (реактор + ру-

Применимо

кавный фильтр)

Применимость мокрого скруббера может быть

ограничена в следующих случаях:

- образование значительных объемов отходов и

«Сухая» газоочистка (реактор + ру-

сточных вод;

кавный фильтр) с II ступенью мок-

- в засушливых районах - потребность в больших

рой доочистки

объемах воды и необходимость обработки сточ-

ных вод, а также сопутствующий межсредовой

эффект

Автоматическое питание глинозе-

Применимо

мом

Система газоудаления усовершен-

Применимость может быть ограничена конструк-

ствованного типа

цией электролизера

Анодная масса с пониженным со-

Применимо

держанием связующего

Технологические показатели выбросов для НДТ 9 приведены в таблице 5.9.

135

Таблица 5.9 - Технологические показатели выбросов для НДТ 9

Значение для тех-

Значение концентра-

нологии корпуса

ции выброса на выходе

Технологический показатель

электролиза (диа-

из установки очистки

пазон), кг/тAl

газа, мг/нм³

Фториды газообразные (гидрофторид, крем-

≤0,38

≤2,5

ний тетрафторид) (в пересчете на фтор)

Фториды твердые

≤0,34

≤2,5

Серы диоксид

≤1,5

≤50

Взвешенные вещества

≤3,6

≤10

Бензапирен

– фонарные выбросы;

≤0,001

– выбросы в трубу

<0,001

Применимость НДТ 9

Возможно применение технологии при модернизации действующего предприятия.

5.4. Литейное производство

НДТ 10. Производство по выпуску алюминия и его сплавов с применением

автоматизированных литейных линий (в т. ч. для литейных отделений

фольгопрокатного производства, производства колесных дисков, катанки

и пр.)

НДТ литейного производства, ресурсосбережения, снижения выбросов загряз-

няющих веществ и образования отходов предусматривает применение современного

уровня автоматизации производственных процессов (см. 3.4 и 4.4).

Технологические показатели выбросов для НДТ 10 приведены в таблице 5.10.

Таблица 5.10 - Технологические показатели выбросов для НДТ 10

Единица

Значение

Технологический показатель

измерения

(диапазон)

Взвешенные вещества

мг/нм³

≤6

Применимость НДТ 10

Возможно применение технологии на новом предприятии и при модернизации

действующего предприятия.

5.5 Производство технического кремния

В разделе 4 приведены описание НДТ: наименование технологии и применяемо-

го сырья, характеристика и технологические показатели оборудования для сокращения

эмиссий в атмосферу и отходов.

136

НДТ 11 Производство технического кремния способом

карботермического восстановления кварцитов углеродом

НДТ производства технического кремния способом карботермического восста-

новления кварцитов углеродом предусматривает использование на различных этапах

производственного процесса и приведенных ниже методов/оборудования - таблица

5.11.

Таблица 5.11

Метод/оборудование

Применимость

Применение в складах сырья и продукции, на пе-

Циклоны (единичные или группа)

ределах подготовки сырья

или рукавный фильтр

Как правило, применимо

Применяется при разгрузке кварцита в зумпфы

Устройство пылезащитного экрана

на открытом складе кварцита

склада

Применимо ко всем ПГУ. Оперативное обслужи-

вание (ОО), техническое обслуживание (ТО), те-

Циклоны (единичные или группа)

кущий и средний ремонт (ТР), капитальный ре-

или рукавный фильтр

монт (КР) установок очистки газа в соответствии с

графиком ППР

Применение в отделении РТП и ГОУ. Выпуск из

силоса представляет собой закрытое с 4-х сторон

помещение с проемом для подъезда/выезда ав-

топогрузчика. В помещении установлен дозатор

для автоматического дозирования и взвешивания

порций сыпучих материалов в мягкие контейнеры.

1 ступень - групповые циклоны;

В дозатор устанавливается мягкий контейнер

2 ступень - рукавные фильтры с си-

МКР, герметично закрепляется и производится

лосами и выгрузкой в МКР

выгрузка уловленной пыли из силоса для сбора

уловленной пыли от групповых циклонов. После

завершения выгрузки пыли МКР плотно завязы-

вается и а/погрузчиком транспортируется до

участка погрузки в автомобили

Как правило, применимо

Таблица 5.12 - Технологические показатели выбросов для НДТ

Технологический показатель

Единица измерения

Значение

Пыль неорганическая с содержанием

кремния менее 20, 20-70, а также бо-

мг/нм³

≤200

лее 70 процентов

Применимость НДТ 11

Возможно применение технологии на новом предприятии, при модернизации

действующего предприятия.

137

Раздел 6. Экономические аспекты реализации наилучших

доступных технологий

6.1 Производство первичного алюминия

Экономические аспекты реализации НДТ рассмотрены с точки зрения затрат

на природоохранное оборудование и модернизацию действующих алюминиевых про-

изводств.

Методы, применяемые для очистки отходящих газов, образующихся как в сопут-

ствующих производствах, так и при производстве первичного алюминия, направлены

прежде всего на улавливание пыли и газообразных веществ, включая HF и твердые

фториды. Примерами широко применяемых газоочистных систем/оборудования явля-

ются электрофильтр, рукавный фильтр, циклон, сухая газоочистка (реактор + рукавный

фильтр), «мокрые» скрубберы и т. д. Данные о затратах на природоохранное оборудо-

вание, используемое при производстве алюминия, приведены в таблицах 6.1-6.6.

В данных о затратах не учтена стоимость вспомогательного оборудования ГОУ

и стоимость строительно-монтажных работ (СМР).

Таблица 6.1 - Электрофильтры

Наименование

Технологические характеристики

Стоимость

42 млн руб. (в ценах

Однопольные, многопольные.

Электрофильтры

2005 года) ¹⁾

КПД - до 99,8 %.

(вертикальные, гори-

15 млн руб. (в ценах

Остаточная запыленность газов - 50-

зонтальные, много-

2013 года) ²⁾

300 мг/нм³.

секционные)

€1,1 млн ³⁾

Производительность - от 10000 нм³/ч

€1,0 млн ⁴⁾

¹⁾ Отечественный электрофильтр для печи кальцинации производительностью 40 т/ч, температура от-

ходящих газов - 170 °C.

²⁾ Отечественный электрофильтр, объем газов - 27 т нм³/час, температура - 230 °C, входная запылен-

ность - 0,15 г/нм³, КПД - 90 % - 95 %.

³⁾ Зарубежный электрофильтр (Чехия), объем газов - 115,2 тыс. м³/ч, температура - 190 °C.

⁴⁾ Зарубежный электрофильтр (Германия), объем газов -

201,6 тыс. м³/ч, температура -

170 °C -

190 °C.

Назначение. Очистка отходящих газов печей кальцинации, печей спекания,

вращающихся печей обжига известняка в производстве глинозема. Очистка газов про-

калочных печей и аспираций производства анодной массы.

Таблица 6.2 - Циклоны

Наименование

Технологические характеристики

Стоимость

Отечественные циклоны типа ЦН-15 произ-

До 540 тыс. руб.

Циклоны, группы

водительностью от 630 до 55 тыс. м³/ч.

циклонов

Отечественные батарейные циклоны типа БЦ

До 900 тыс. руб.

производительностью от 15 до 50 тыс. м³/ч.

138

Назначение. Улавливание пыли кокса из вентвыбросов, отведенных аспираци-

онно-техническими устройствами от поточно-транспортных узлов, складов, дробильно-

размольного отделения производства анодной массы.

Таблица 6.3 - Рукавные фильтры

Наименование

Технологические характеристики

Стоимость

Отечественные фильтры на основе им-

портных материалов.

Объемы газов - 5500-12000 м³/ч.

0,9-2,5 млн руб. (в

Рукавный фильтр

Максимальная температура - 140 °C.

ценах 2013 года)

Входная запыленность - 30-65 г/м³.

Остаточная запыленность - 10 мг/м³

Назначение. Очистка от пыли сбросного (аспирационного) воздуха от мест пере-

сыпки при транспорте сыпучих материалов, сухом измельчении и помоле в цехах при-

готовления шихты, спекания, кальцинации и обжига известняка. Улавливание пыли

кокса из вентиляционных выбросов, отведенных аспирационно-техническими устрой-

ствами от поточно-транспортных узлов, складов, дробильно-размольного отделения

производства анодов и анодной массы.

Таблица 6.4 - «Сухая» ГОУ смесильно-прессового отделения анодного производства

Наименование

Технологические характеристики

Стоимость

Объем газов - 29500-30400 нм³/ч.

«Сухая» ГОУ

«Сухая» ГОУ (ре-

Производительность - 13,2 т/ч.

(Франция) - €1,6-

актор + рукавный

Концентрация на выходе:

5 млн, «сухая» ГОУ

фильтр)

- пыль - <5 мг/нм³;

(Китай) - €1 млн

– возгоны - <5 мг/нм³

Назначение. Очистка от пыли и возгонов каменноугольного пека в смесильно-

прессовом отделении анодного производства.

139

Таблица 6.5 - «Сухая» ГОУ печей обжига анодов

Стоимость поставки

Наименование

Технологические характеристики

оборудования по

ТКП

Производительность - ~104,0 тыс. т/год.

«Сухая» ГОУ (Фран-

Концентрация на входе:

ция) - €3-7 млн

- пыль - 100 мг/нм³;

- возгоны пека - 200 мг/нм³.

Адсорбент - кокс, расход - 2,5-3 т/ч.

Объем газов - 85 тыс. нм³/ч.

Концентрация на входе:

$8-12 млн

«Сухая» ГОУ (реак-

- HF - 20-30 мг/нм³;

тор + рукавный

- возгоны пека - 50-100 мг/нм³;

фильтр)

- пыль - 50-100 мг/нм³.

Остаточная концентрация:

- Fгаз - ≤1,0 мг/нм³;

- пыль (включая возгоны) - ≤5,0 мг/нм³.

Адсорбент - свежий глинозем, расход -

5,5 т/ч.

Объем газов - 250,0 тыс. нм³/ч.

Назначение. Очистка от пыли и возгонов каменноугольного пека от печей обжига

анодов.

Таблица 6.6 - «Сухая» ГОУ корпусов электролиза

Стоимость поставки

Наименование

Технологические характеристики

оборудования

Очистка газов от электролизеров БТ

Отечественная ГОУ -

(18 модулей реактор - рукавный фильтр).

25 млн руб. (в ценах

Объем газов - 835 тыс. нм³/ч.

2002 года)

Адсорбент - свежий глинозем, расход - 7,5 т/ч.

КПД ГОУ:

- HF - 98,4 %;

- Fтв и пыль - 99 %;

- смолистые вещества - 96 %

«Сухая» ГОУ (ре-

Очистка газов от электролизеров ВТ и ОА.

ГОУ (Норвегия) -

актор + рукавный

Объем газов - 65 тыс. нм³/ч.

$2,1 млн, отечествен-

фильтр)

Адсорбент - свежий глинозем

ная ГОУ - $1,3 млн

Очистка газов от электролизеров ОА.

Без транспорта глино-

Объем газов - 3631,2 тыс. нм³/ч.

зема: российская по-

Содержание ЗВ, мг/нм³, не более:

ставка - €1,3 млн; им-

- Fгаз - 170;

портная поставка -

- Fтв - 114;

€9,9 млн

- SO2 - 118;

- пыль, включая Fтв - 760.

Адсорбент - свежий глинозем

140

Назначение. Очистка от пыли, фторидов, смолистых веществ.

Ориентировочный уровень капитальных затрат на модернизацию существующей

технологии Содерберга представлен в таблице 6.7.

Таблица 6.7

- Ориентировочный уровень капитальных затрат на модернизацию

технологии Содерберга

Технология

Наименование

ОА с производ-

Экосодерберг

ОА

ством анодов

Капитальные расходы, $/т Al

125

2000-3000

3000-4000

Конверсия технологии Содерберга на технологию производства алюминия с ис-

пользованием обожженных анодов потребует не менее 2-4 тыс. $ капитальных вложе-

ний на 1 т алюминия. С учетом текущего уровня цен, рентабельности производства,

сроков модернизации и стоимости заемных средств такой проект не будет окупаться.

Перевод технологии Содерберга с верхним токоподводом на технологию «Эко-

Содерберг» потребует не менее 125 $ на 1 т алюминия. Учитывая масштабы внедре-

ния технологии «ЭкоСодерберг» с верхним токоподводом на российских предприятиях

(более 60 % российского производства алюминия), ее модернизация предусматривает:

1) наряду с использованием «сухой» газоочистки, автоматического питания гли-

ноземом, анодной массы с пониженным содержанием связующего, внедрение произ-

водственной системы (НДТ 9);

2) переход на технологию «Экологический Содерберг» с учетом регламентных

сроков капитального ремонта электролизеров (НДТ 8).

6.2 Производство кремния

Экономические аспекты реализации НДТ рассмотрены с точки зрения затрат на

природоохранное оборудование и модернизацию действующих производств.

Методы, применяемые для очистки аспирационных и отходящих (печных) газов,

в производстве технического кремния направлены, прежде всего, на улавливание пы-

ли.

Примерами широко применяемых газоочистных систем/оборудования являются

циклон - рукавный фильтр (сухая газоочистка). При высоком содержании в печных га-

зах оксидов серы могут применяться «мокрые» скрубберы.

Данные о затратах на природоохранное оборудование, используемое при произ-

водстве технического кремния, приведены в таблицах 6.8-6.9.

Таблица 6.8 - Циклоны

Наименование

Технологические характеристики

Стоимость

Циклоны, группы

Отечественные циклоны различных ти-

Циклонов (15 циклонов ти-

пов производительностью от 630 до 55

До 1,3 млн. руб.

па СКЦН 3600: 5 групп по

тыс. м³/ч.

3 циклона

141

Назначение. Улавливание пыли кварцита, восстановителей, технического (кри-

сталлического) кремния из аспирационных устройств поточно-транспортных узлов,

складов, дробильно-размольного оборудования в производстве кремния.

Таблица 6.9 - Рукавные фильтры

Наименование

Технологические характеристики

Стоимость

Отечественные фильтры на основе

Рукавные фильтры

импортных материалов.

типа ФРИА с импульс-

Объемы газов - 486000 м³/ч.

ной регенерацией (24

До 2,5 млн $

Максимальная температура - 170 °C.

штуки : 4 нитки по 6

Входная запыленность - 3,5 г/м³.

штук),

Остаточная запыленность - 20 мг/м³

Отечественные фильтры с рукавами из

импортных материалов

Рукавные фильтры

Объемы газов - 533 000 м³/ч.

типа КЕ7-4512 с об-

Максимальная температура - 200 °C.

До 2,5 млн $

ратной продувкой

Входная запыленность - 3,5 г/м³.

2 шт.

Остаточная запыленность - не более

20 мг/м³

Назначение. Очистка от пыли сбросного (аспирационного) воздуха от мест пере-

сыпки при транспорте сыпучих материалов, измельчении в цехах приготовления ших-

ты, готовой продукции . Улавливание пыли в газах от РТП.

142

Раздел 7. Перспективные технологии

7.1 Перспективные направления в производстве алюминия

Инертные аноды всегда были целью производителей алюминия. Для инертного

анода пытались использовать многие материалы. На самом деле полностью инертных

материалов не существует, но некоторые материалы могут расходоваться с замедлен-

ной скоростью, и количество примесей, получаемых за счет растворения инертных

анодов, может быть приемлемо для промышленного производства.

Производство алюминия с использованием инертного анода - революционная

технология, не имеющая аналогов с точки зрения экологического эффекта. Основные

преимущества данной технологии с точки зрения охраны окружающей среды:

1) полное исключение выбросов парниковых газов и полиароматических углево-

дородов при производстве алюминия;

2) снижение себестоимости производства более чем на 10 % за счет экономии

анодов и электроэнергии;

3) сокращение капитальных затрат при строительстве новых заводов более чем

на 30 %.

На сегодняшний день у «РУСАЛа» уже есть материал для инертного анода, ко-

торый позволяет производить алюминий с более низкой себестоимостью по сравнению

с технологией угольных анодов. На Красноярском алюминиевом заводе технология

электролиза с инертными анодами на силу тока

>100 кА проходит опытно-

промышленные испытания в опытном корпусе электролиза.

Химическая реакция производства алюминия в электролизерах с инертными

анодами может быть представлена в следующем виде:

Al2O3 → 2Al + 3/2O2.

Таким образом, если при использовании обожженных анодов в электролизе при

получении 1 т алюминия сгорает 0,5 т углерода с образованием 1,4 т оксида и диокси-

да углерода, то при использовании нерасходуемых инертных анодов в атмосферу бу-

дет выделяться 0,9 т кислорода. Кроме того, использование инертных анодов позволит

исключить выбросы диоксида серы и смолистых веществ, значительно снизить выбро-

сы пыли и фторидов за счет высокой герметизации электролизеров.

Для очистки от фтористых соединений и пыли при эксплуатации электролизеров

с инертными анодами предусматривается установка сухой очистки газов (реактор + ру-

кавный фильтр) с эффективностью по фтористым соединениям 98-99 %.

Удельное количество ЗВ, поступающих в атмосферу от процесса электролиза

с инертными анодами, может составить:

1) пыль - до 2 кг/т Al;

2) фтористый водород - до 0,3 кг/т Al;

3) твердые фториды - до 0,4 кг/т Al.

143

7.2 Перспективные направления в производстве глинозема

Последние годы большое внимание уделяется исследованиям по усовершен-

ствованию технологии спекания нефелинов, а именно переводу печей спекания на су-

хой или полусухой способ термообработки шихты в коротких печах с теплообменника-

ми.

Подобная технология внедрена в цементной промышленности для обжига клин-

кера и дала значительный экономический и экологический эффект (экономия топлива -

более 30 %).

Реконструкция существующих печей спекания «мокрой» шихты или сооружение

подобных установок при строительстве новых глиноземных заводов позволит достичь

подобного эффекта. Однако валовые выбросов NOx могут быть существенно снижены

только за счет установки на печах горелок с низким выделением оксидов азота и внед-

рения специальных перспективных технологий - технологии селективного некаталити-

ческого восстановления (SNCR) и технологии селективного каталитического восста-

новления (SCR), что позволит снизить выбросы NOx от печей глиноземного производ-

ства в атмосферу до 70 %.

SNCR заключается в инжекции водного раствора аммиака (до 25 % NH3), водных

растворов соединений аммиака или мочевины в дымовые газы для восстановления

NO до N2. В SCR NO и NO2 восстанавливаются до N2 с помощью NН3 и катализатора.

Перспективными технологиями следует также считать применение современного

газоочистного оборудования - электрофильтров и рукавных фильтров, обеспечиваю-

щих концентрацию пыли в выбросе менее 50 мг/нм³, а также систем контроля, управ-

ления ремонтом, обслуживания при эксплуатации ГОУ.

Образование производственных отходов (шлама) неизбежно. Для его складиро-

вания постоянно требуются дополнительные площади. В настоящее время ведутся

разработки, направленные на использование красного шлама в строительстве, извле-

чение из шлама ценных компонентов.

7.3 Перспективные технологии при производстве кремния

Основные тенденции по модернизации и оптимизации процесса получения про-

изводства технического кремния, повышение извлечения направлены на снижение

затрат в производстве кремния, повышение его качества и снижение воздействия

на окружающую среду.

Наиболее перспективными направлениями совершенствования технологии про-

изводства кремния могут быть:

- при проведении капитальных ремонтов печей привести в соответствие между

собой геометрические, энергетические и технологические параметры печей (т.е. пере-

считать печи и энергетические нагрузки;

- внедрение технологии производства кремния с использованием руднотермиче-

ских печей постоянного тока лля увеличения извлечения кремния;

- внедрение на руднотермических печах пневматического перепуска электродов

для исключения лишних простоев и сножения удельных выбросов ЗВ на единицу про-

дукции.

144

- изменение способа и принципа обработки колошников печей (произвести

замену машин обработки колошников) для увеличения извлечения кремния и снижения

выбросов ЗВ в окружающую среду;

- автоматизация подачи шихты на колошник, в расчете на снимаемую активную

мощность;

- организация производство восстановителей на основе буроугольного полукок-

са с последующей магнитной сепарациейот примесей (железа) полученного кускового

полукокса;

- внедрение дробильного оборудования при подготовке шихтовых материалов

к плавке обеспечивающего минимальный выход мелких фракций компонентов шихты;

- внедрение технологии получения кремния с использованием высокочистого ак-

тивного карбида кремния собственного производства с одновременным уменьшением

выброса реакционных газов и снижением нагрузки на газоочистные установки;

- применение рукавных фильтров для очистки печных газов от пыли (более эф-

фективного пока ничего нет на рынке оборудования);

- внедрение технологии кислородного рафинирования, снижающее время про-

дувки ковшей в 2-3 раза до момента разливки и, как следствие снижение выбросов ЗВ

в окружающую среду;

- повышение качества микрокремезема для увеличения объемов продажи, как

ценное сырье для производства высокопрочных бетонов и снижения объемов утилиза-

ции низкокачественных отходов пыли

- создание современного производства древесного угля без выбросов продуктов

пиролиза в окружающую среду, который является одним из самых перспективных вос-

становителей.

В мировой практике для производства древесного угля используются различные

виды древесины с воспроизводимостью лесных массивов от 20 до 50 лет, в то время,

как каменноугольные и нефтяные запасы ограничены и их добыча сопряжена с очень

жестким воздействием на окружающую среду;

Таким образом, современная тенденция развития производства технического

кремния это - поиск и внедрение высокоэффективных технологий и высококачествен-

ного сырья с одновременным обеспечением безопасности окружающей среды

145

Раздел 8. Производство вторичного алюминия

8.1 Воздействие на окружающую среду

Алюминий - самый часто перерабатываемый материал. Вторичное использова-

ние алюминия снижает энергозатраты и выбросы углекислого газа в атмосферу. Вто-

ричным алюминием называют алюминиевые сплавы, полученные путем переплавки

лома и отходов.

Алюминий поддается стопроцентной переработке, не утрачивая при этом своих

уникальных свойств. Около 75 % алюминия, выпущенного за все время существования

отрасли, используется до сих пор. Переработка алюминия требует затрат энергии в ко-

личестве, составляющем всего 5 % от энергозатрат на его производство из глинозема,

а объем выбросов парниковых газов при производстве вторичного алюминия состав-

ляет 5 % от количества выбросов при выпуске первичного алюминия.

Сегодня производство вторичного алюминия занимает около 16 % от общего

объема выпуска алюминиевой продукции в России, и его доля продолжает расти. При

этом объемы производства вторичного алюминия в России составляют около 40 %

от общего объема потребления алюминиевой продукции, поскольку значительная

часть первичного алюминия и сплавов на его основе экспортируется.

Анализ мировых тенденций развития металлургии вторичного алюминия свиде-

тельствует о достаточно высоких и устойчивых темпах расширения его производства,

обусловленных двумя основными причинами:

- благоприятными технико-экономическими показателями (в структуре себесто-

имости производства вторичных алюминиевых сплавов затраты на сырье и материалы

составляют около 88 %, а на энергию - только около 2 %, в то время как затраты на

электроэнергию при производстве первичного алюминия превышают 40 %);

- возможностью реализации производства в экологически более чистых вариантах.

В Японии практически осуществлен переход на выпуск вторичного алюминия,

а в США уровень утилизации алюминиевого лома составляет более 60 %. В России

отмечается стремление к освоению процесса получения вторичного алюминия на за-

водах, ориентированных ранее только на производство первичного алюминия и полу-

фабрикатов из него. Таким образом, производство вторичного алюминия является се-

годня важнейшей составляющей металлургии алюминия, а состояние его характеризу-

ет уровень национальной общетехнической культуры.

Несмотря на то что для России рециклинг алюминия очень актуален и органично

вписывается в государственную экологическую политику, средний уровень использо-

вания промышленных отходов составляет примерно 36 %.

В России действует более 13 000 предприятий и индивидуальных предпринима-

телей, имеющих лицензии на заготовку, переработку и реализацию лома и отходов

цветных металлов. При этом предприятия, у которых отходы образуются в процессе

основной деятельности, таких лицензий в большинстве случаев не имеют.

Металлургическую переработку алюминиевого лома и отходов осуществляют

более 100 заводов - производителей литейных алюминиевых сплавов и раскислите-

лей. Кроме того, лом и отходы алюминия и его сплавов вовлекают в производство око-

ло 30 производителей алюминиевого профиля и проката.

146

Мощности российских металлургических предприятий, которые специализируют-

ся на производстве алюминия вторичного и его сплавов, в 1,8 раза превышают объемы

заготовки лома и отходов алюминиевых. В связи с этим имеется проблема, связанная

с недостатком качественного сырья (лома с низким содержанием других металлов,

сплавов и неметаллических примесей). Сегодня предприятия перерабатывают алюми-

ниевый лом с более высоким содержанием примесей, что осложняет технологии про-

изводства вторичного алюминия. В итоге у переработчиков появляется проблема ра-

ционального использования ресурсов своего предприятия. Именно поэтому сегодня

особо острой является необходимость в разработке более эффективных методов пе-

реработки вторичного алюминия и модернизации оборудования данного производства.

Все это необходимо для сокращения затрат на технологические процессы, сокращения

безвозвратных потерь алюминия, снижения негативного влияния на окружающую сре-

ду, а также для расширения номенклатуры выпускаемых сплавов и обеспечения высо-

кого качества продукции.

Переработка лома и отходов для производства вторичного алюминия требует

минимальных затрат энергии по сравнению с производством первичного металла,

и при ней выделяется гораздо меньше газов, вызывающих парниковый эффект. По

этой причине алюминиевые компании вкладывают денежные средства в современные

предприятия по рециклингу алюминия.

8.1.1 Сырье и материалы, использующиеся при производстве вторичного алюминия

Вторичная переработка алюминия имеет свои особенности. Алюминий содер-

жится как в кусковом промышленном и бытовом ломе, так и в фольге, стружке, шлаке

и упаковке. Ненужная бытовая техника, остатки от производства посуды и бытовых

принадлежностей, отслужившее оборудование и автомобильная техника - практически

в любой сфере человеческой жизни образуется лом алюминия, который можно и нужно

перерабатывать для повторного использования и сохранения природных ресурсов.

Алюминий

- ценный металл, обладающий множеством полезных свойств.

Соединения алюминия применяются не только в строительстве и бытовом производ-

стве, но даже в выпуске лекарственных средств, а алюминиевые сплавы помогают по-

лучать металлические изделия практически с любыми свойствами. Правильно перера-

ботанный алюминиевый лом - это отличное сырье для производства отливок, метал-

лопроката и профиля, безопасной нетоксичной посуды. Естественно, в разных случаях

и процесс обработки протекает по-разному. Так, например, процесс переработки мел-

кого промышленного мусора более трудоемкий, нежели переплавка бытового лома

(алюминиевые банки и пр.). Извлечение алюминия, содержащегося в упаковке, фольге,

в стружке и шлаке, требует предварительной подготовки сырья.

При плавке алюминия образуются шлаки, представляющие собой вредную смесь

из химических соединений, образующихся при контакте алюминия с кислородом,

и флюсов.

Алюминиевым ломом называются б/у изделия, производственные отходы с со-

держанием основного металла не менее 70 %. Лом содержит в себе включения орга-

нических материалов, при плавлении они могут загрязнять атмосферу вредными со-

единениями. К ним относятся: краска, резина, остатки изоляции, полимеры и другие

материалы. Кроме того, во многих видах лома присутствуют приделки из тугоплавких

147

металлов (сталь, чугун, титан), которые в процессе плавки лома могут частично рас-

творяться в жидком алюминии и ухудшать его химический состав.

Для упрощения процедуры переплавки, а также для расшихтовки примесей, вхо-

дящих в химический состав лома, в некоторых случаях добавляется первичный алю-

миний.

Если в ломе присутствует магний, очистка от него будет происходить с помощью

хлора, хлоридов натрия и калия, фтористых соединений калия и алюминия. Цинк

и магний в ряде случаев ухудшают качество алюминиевого сплава, при этом их нельзя

определить визуально.

Обычно содержание цветного металла в мелких изделиях не превышает

30-90 % по весу.

Если следовать технологии правильно, в шлаке после переплава лома останется

лишь 1-2 % от общего объема переплавленного алюминия. Из-за большой доли вклю-

чения алюминия в шлаке его перерабатывают до тех пор, пока максимально не извле-

кут чистый металл. Для этого шлак сортируют, дробят, сепарируют от неметаллических

составляющих, после чего полученный концентрат переплавляют в присутствии соле-

вых флюсов, которые помогают выделить алюминий. Далее сливается чистый металл,

а солевой кек утилизируется.

По статистике в России до 40 % алюминия в виде бытовых и промышленных из-

делий возвращается на вторичную переплавку. Как правило, это окупается, правда,

рентабельность такого производства очень сильно зависит от качества переплавляе-

мого лома.

Многие производители цветного металла и упаковки с использованием алюми-

ния создают специальные программы, касающиеся вторичного использования алюми-

ниевой упаковки, посуды и промышленных емкостей. Алюминиевый лом и отходы, со-

держащие в своём химическом составе более 1,2 % железа, в основном применяют

для производства раскислителей, используемых для снижения содержания кислорода

при производстве стали.

Наиболее дорогостоящим видом металлолома является алюминий электротех-

нический - жилы, полученные в результате разделки кабелей и проводов. Они не

должны иметь загрязнений, следов краски или лакокрасочного покрытия. Неразделен-

ный алюминиевый провод не относится к данному виду металлолома и оплачивается

значительно ниже.

Перед металлургическим переделом вторичного сырья используют операции

сушки стружки, лома и кусковых отходов, флюсов, шлаков и других продуктов для при-

дания допустимого содержания влаги: в шихте, поступающей на переплав, не более

4 %, а шлаках и флюсе - 1 %.

Одним из распространенных отходов производства является алюминиевая

стружка. Металлурги предъявляют к ней достаточно жесткие требования - она должна

быть сухой, очищенной от неметаллических примесей (пыль, формовочные смеси)

и магнитной фракции.

Алюминиевые банки - также довольно распространенный вид лома. Отсутствие

металлических включений - главное требование, предъявляемое к ним. Сплавы, полу-

ченные из переработанных алюминиевых банок, при правильной подготовке сырья,

плавке с применением современных технологий и рафинировании от газов и неметал-

148

лических включений успешно используются для повторного изготовления аналогичной

тары.

Для сушки сырья и вспомогательных материалов перед плавкой используются

барабанные, камерные (для сушки кускового лома и отходов перед загрузкой в пла-

вильную печь для снижения содержания свободной влаги в сырье до 3-4 %), индукци-

онные (для сушки мелкозернистого материала (дробленого флюса)) и другие типы

сушильных установок.

Чтобы получить высокие технико-экономические показатели при переработке

стружки, ее необходимо очистить от влаги, масла и других механических примесей.

8.1.2 Анализ приоритетных проблем отрасли

Предприятия, перерабатывающие смешанный лом, и заводы, которые специали-

зируются на производстве проката и профиля, не отличаются по качеству производи-

мой продукции, но отличаются по типу производимых сплавов. Деформируемые спла-

вы, производимые прокатными заводами и производителями профиля, подходят для

прокатки и прессования, тогда как переработчики смешанного лома производят литей-

ные сплавы и раскислители. Переработчики смешанного лома могут использовать сы-

рье, состоящее преимущественно из деформируемых сплавов, для корректировки хи-

мического состава своей продукции. Однако при производстве деформируемых спла-

вов нельзя использовать литейные сплавы. В основном это объясняется тем, что в них

содержится много меди и кремния.

Удовлетворение требований к качеству вторичных алюминиевых сплавов,

предъявляемых заказчиками, требует приложения немалых усилий. Для этого необхо-

димы тщательная подготовка сырья, расчет шихты, контроль лома и эффективная об-

работка жидкого металла с целью удаления нежелательных примесей, в том числе

растворенных газов и неметаллических включений. Как только вторичное сырье до-

ставляется на завод, его необходимо отсортировать и передать на хранение в специ-

ально установленные места для раздельного хранения по видам лома и группам спла-

вов, из которого он состоит. Это позволяет скомпоновать партии лома и отходов в со-

ответствии с расчетами шихты. Быстрая переплавка и перелив металла в миксеры

также имеют большое значение для производства алюминиевых сплавов хорошего ка-

чества, потому что эти операции сокращают потери ценного алюминия и легирующих

компонентов, а также позволяют минимизировать содержание нежелательных приме-

сей, таких как железо. А упорядоченный перелив металла предотвращает образование

и вкрапление окислов металлов. Некоторые нежелательные элементы, такие как ка-

лий, натрий, кальций или магний можно удалить или сократить их содержание путем

обработки газообразным хлором или фторсодержащими флюсами в плавильной печи.

При плавке в роторных печах дополнительной обработки для удаления указанных при-

месей не требуется, поскольку в условиях роторной печи они реагируют с компонента-

ми флюса и переходят в солевой кек. Другие элементы, такие как медь, железо, цинк,

кремний и им подобные, невозможно устранить. Их содержание должно быть ограни-

чено путем правильного расчета шихты, умелого смешивания расплавленного металла

с другим имеющимся ломом или добавления первичного алюминия. Однако последний

метод практически не применяется при производстве литейных сплавов и раскислите-

лей по причине необоснованного повышения себестоимости продукции.

149

Значимость одной операции на производственном предприятии очень часто

недооценивается: речь идет об очистке печей и литейных желобов. Не все легирующие

элементы, пригодные для одного конкретного сплава, подходят и для другого сплава.

Поэтому при замене сплава весь предыдущий сплав должен быть удален. Какая-то

часть металла в желобах и другом транспортном оборудовании может остаться в виде

застывшего материала. Но все же больше всего его содержится в шлаковых настылях,

скапливающихся на стенах и подине печей. Необходимо полностью удалять этот шлак.

Это непростая работа. Поэтому проектировщикам завода следует обращать особое

внимание на конструкцию печи, которую они хотят установить на своем заводе, чтобы

предусмотреть возможность легкой и нетрудоемкой очистки, то есть удаления шлака.

Даже при всей тщательности расчета шихты и соблюдения технологии иногда

содержание различных элементов во всей партии металла в печи превышает допусти-

мые пределы, и ничто не может исправить положение, кроме добавления другого ме-

талла или первичного алюминия. Такую партию приходится временно отложить, пото-

му что если отправить ее на доработку и разливку, то это может приостановить работу

печи на некоторое время. С другой стороны, весь объем металла должен составляться

такими порциями, которые позволили бы поэтапно добавлять ценный материал в про-

цессе производства, как только он понадобится. По этой причине даже на самых ма-

леньких заводах желательно иметь установку для литья крупногабаритных слитков

в изложницы. Чтобы регламентировать производство хотя бы некоторого количества

продукции одного и того же качества, международный рынок металлов установил тре-

бование к размеру минимальной партии алюминия - 20 т. Этот фактор также нужно

учитывать при установке печей.

Правильная дегазация металла должна быть стандартной операцией на любом

заводе, перерабатывающем смешанный лом. Однако известно, что машины для литья

под давлением не предполагают рафинирование металла перед литьем. Поэтому га-

зовые включения, такие как водород, не удаляются при последующих литейных опера-

циях, и в металле может накопиться еще больше водорода, что в конечном счете при-

водит к появлению в отливке пор. Таким образом, ответственность за отсутствие в ме-

талле газовых включений лежит на заводе - производителе сплавов.

Качество является очень важным фактором для производства, поскольку плохое

или хотя бы более низкое качество существенно сказывается на конечном продукте.

Надлежащее качество может быть достигнуто только при условии высокого ка-

чества оборудования, предназначенного для каждой отдельной операции, и аккуратной

работы операторов.

Алюминий принадлежит к числу наиболее экологичных металлов. Высокая реге-

нерационная способность алюминия - одно из экологических преимуществ этого мате-

риала. Он легко поддается переработке и может использоваться вторично неограни-

ченное число раз. Его производство наносит гораздо меньший вред экологии, чем про-

изводство других металлов. Использование вторичного алюминия, полученного при

переработке ломов и отходов, экономит до 95 % энергии, необходимой для выплавки

первичного металла, сохраняя природные ресурсы и существенно снижая выбросы

таких газов, как СО2, NO2, SO2.

150

8.2 Описание технологических процессов при производстве вторичного

алюминия

Производство вторичного алюминия ведется по двум основным направлениям.

В первом случае собранные отходы и лом алюминия определенного формата и типа

сплава могут быть переплавлены и обработаны без дополнительной подготовки. Более

того, допускается наличие определенного, но не слишком большого количества неме-

таллических загрязнений. Поступивший металлолом просто переплавляется, химиче-

ский состав расплава корректируется в случае необходимости, металл рафинируется,

модифицируется, фильтруется и разливается в заготовки для проката или экструзии.

Как правило, такой способ переработки алюминиевого лома и отходов применяется

в отношении отходов деформируемых сплавов на прокатных и прессовых заводах,

а также на предприятиях, производящих слитки для производства профиля методом

экструзии. Освоение такого процесса облегчает переработку оборотных отходов

прокатных и прессовых заводов. Стремление промышленных предприятий продолжать

работать в этом направлении уменьшает объемы чистого и нового лома на рынке.

Второе направление - процесс плавки и рафинирования смешанного и литейно-

го лома, как правило, применяется при производстве литейных сплавов. Для этого

вида производства могут использоваться все виды лома и сплавов. Но при этом ме-

талл необходимо рафинировать после плавки. Путем правильного смешивания разных

видов сырья, прошедших предварительное удаление неметаллических примесей,

можно получить нужный сплав в соответствии с требованиями желаемого химического

состава.

В настоящее время большая часть имеющегося лома - в зависимости от про-

должительности жизненного цикла соответствующего изделия - собирается и перера-

батывается на высокоразвитых предприятиях с очень высокой производительностью,

где не требуется больших людских ресурсов. Для строительства таких заводов необ-

ходимо вложение значительных денежных средств. Подробное рассмотрение общей

планировки завода и привлекаемого оборудования очень важно для экономического

успеха предприятия. Специальное оборудование, которое способно обрабатывать ма-

териал особого типа, конечно, очень эффективно в условиях современной ситуации,

однако может послужить и ограничивающим фактором, если изменится ситуация

на рынке или если сырьевой материал, т. е. алюминиевый лом, станет менее доступ-

ным.

Для повторного производства различных алюминиевых сплавов лом и отходы

необходимо переплавить и отлить в формы в соответствии с требованиями рынка.

Чтобы минимизировать негативное воздействие примесей и композиционных материа-

лов, необходимо устранять их экономически выгодным путем с учетом экологических

факторов. Хотя процессы плавки являются центральным моментом при переработке

лома и отходов алюминия, в случаях переработки смешанного и литейного лома,

стружки и шлаков предпочтение отдается подготовительным работам и механическому

обогащению перед началом плавки. Вследствие этого современный процесс вторичной

переработки алюминия включает механическое обогащение и сортировку лома с по-

следующей металлургической обработкой. Технологическая схема рециклинга алюми-

ния представлена на рисунке 8.1.

151

Для разных типов материала требуется разная обработка. Чистый лом без неме-

таллических примесей и приделок других металлов складируется отдельно по группам

сплавов и затем отправляется напрямую в плавильный цех. То же происходит и с ма-

териалом с очень незначительным содержанием неметаллических загрязнений. Весь

остальной материал подлежит специальной подготовительной обработке.

Целью механического обогащения лома алюминия, поставляемого из различных

источников, является придание ему более удобной формы для последующей перера-

ботки нa заводе либо дробление его на сравнительно небольшие фрагменты, чтобы

удалить неметаллические компоненты и/или металлические включения, от которых

необходимо избавиться к моменту переплавки.

Рассортированный материал с высокой степенью очистки подвергается прессо-

ванию. В основном так поступают со сплавами, которые легко гнутся и формируются.

Прессование проводят с целью уплотнения некомпактного сырья в пакеты определен-

ной массы, габаритов и плотности. Эта операция предназначена для сокращения рас-

ходов на транспорт, хранение сырья, уменьшения угара при плавке, повышения произ-

водительности плавильных печей. Размеры пакетов для каждого вида сырья принима-

ют из местных условий, а плотность пакета, определяемая величиной прессового уси-

лия и толщиной прессуемого материала, колеблется для алюминия в пределах

1400-2400 кг/м³, при этом получаются пакеты с различными размерами, в зависимости

от типа имеющегося оборудования. Пакетированию подвергают отходы труб, прутков,

обрези, витую стружку, путанку, бытовой лом.

Также для повышения компактности вторичного сырья применяется измельчение

крупнокускового лома при помощи пресс-ножниц.

Крупный лом, отливки или материалы в виде конструкций, например, оконные

рамы, разрезают на части и сортируют по размеру и группам сплавов.

Алюминиевая стружка за счет своей развитой поверхности, как правило, содер-

жит в значительных количествах (до 25 % по массе) примеси смазочно-охлаждающей

жидкости (СОЖ), а также мелкодисперсных черных металлов. Наличие примеси чер-

ных металлов при плавке стружки могло бы привести к серьезному ухудшению химиче-

ского состава полученного сплава, поскольку удалить эти мелкодисперсные примеси

механическим путем из ванны металла, как это делается при плавке кускового алюми-

ниевого лома с железными приделками, не представляется возможным. В итоге меха-

нические примеси черных металлов, содержащиеся в стружке, рано или поздно полно-

стью растворятся в алюминии. Это приведет к получению брака в связи с превышени-

ем допустимого содержания железа в химическом составе сплава.

В связи с этими особенностями алюминиевую стружку необходимо освобождать

от примесей СОЖ путем сушки при повышенных температурах или центрифугирова-

ния. После удаления СОЖ алюминиевая стружка подвергается магнитной сепарации

для удаления черных металлов, складируется по группам сплавов и отправляется

на плавку.

Шлаки, образующиеся при производстве первичного алюминия и переработке

лома и отходов, могут содержать от 20 до 80 % извлекаемого металлического алюми-

ния. Их переработкой занимаются, как правило, специализированные предприятия,

имеющие оборудование для обогащения бедных шлаков и роторные печи для плавки

полученных концентратов. Богатые шлаки, содержащие от 60 до 80 % металла, могут

переплавляться в роторных наклоняемых печах или барабанных печах с постоянной

152

осью вращения без предварительного обогащения. Плавка бедных шлаков без обога-

щения неэффективна, поэтому их подвергают дроблению, измельчению и сепарации

для получения концентратов с содержанием металлического алюминия не менее 60 %.

Сбор скрапа

Предварительная

сортировка

Очищенный газ

Чистый

Измельчение

Металлическая и

Шлак

скрап

токарная стружка

Контроль

за загрязнением

окружающей среды

Вторичная

сортировка

Хранилище

отходов

Окончательная

Сушка и удаление

сортировка

покрытия

Fe, Cu, Zn неме-

таллические за-

Компакти-

Обработка

грязнения

рование

шлака

Плавильный

Рафинировочный завод

завод

Очищенный газ

Плавление

Контроль

Легирование

Рафинирование

за загрязнением

окружающей среды

Хранилище

Литье

отходов

Деформируемые

Сплавы для

Литейные

сплавы

раскисления

сплавы

Рисунок 8.1 - Схема технологического процесса рециклинга алюминия

153

8.2.1 Технологические схемы переработки лома и отходов алюминия

8.2.1.1 Измельчение

На крупных заводах по механической обработке лома поступающий материал

представляет собой разнородную смесь из металлов и пластмасс и других неметалли-

ческих материалов. При взвешивании материала либо во время его прохождения че-

рез входные ворота проводится проверка на содержание радиоактивных компонентов

с использованием соответствующего оборудования. В зависимости от типа ломоподго-

товительного предприятия-поставщика может также поставляться очищенный матери-

ал. Такой лом отбирается на основе визуального осмотра, после чего передается на

хранение в специально отведенных для него местах. Этот материал продается напря-

мую плавильным заводам без предварительной обработки.

Основная масса лома либо проходит ручную сортировку, либо перерабатывает-

ся путем его измельчения в шредере с последующей сепарацией в несколько стадий.

Для работы с крупногабаритным ломом обычно рядом с загрузочным конвейером шре-

дера находятся два или три передвижных крана с грейферами. Обработанный матери-

ал скапливается рядом с пунктами разгрузки дробильных установок. Его разделяют на

алюминий, неметаллические примеси и черные металлы. Некоторые пылевидные

и мелкие легковесные компоненты лома при дроблении отводятся через систему уда-

ления отходящих газов. Разнородный измельченный материал поступает на специаль-

ные склады, откуда его впоследствии погружают на грузовики для доставки непосред-

ственным заказчикам или для дальнейшей переработки.

Для эффективной работы установки для измельчения необходимо добиваться

получения дробленого лома минимального размера, который не всегда совпадает

с размером, типичным для металлургического перерабатывающего завода. Механиче-

скому обогащению должен подвергаться только лом, состоящий из композиционных

материалов (металл + неметаллы), а также содержащий приделки из других металлов,

таких как железо, медь, свинец, цинк и т. д. Для того чтобы оправдать дальнейшую

сортировку и использование сепарационного оборудования, размер завода должен со-

ответствовать пропускной способности установки для измельчения и обеспечивать до-

статочную загрузку оборудования. Завод подобного типа должен непрерывно работать

со специфическим сырьем, чтобы быть рентабельным. Пропускная способность уста-

новки для измельчения может достигать от 15 т/ч до 240 тонн в день при работе в две

смены.

Обычный металлургический перерабатывающий завод, кроме измельченного

лома, обрабатывает и лом, не требующий механического обогащения. Учитывая эти

факты, не обязательно иметь на одном предприятии установки для механического обо-

гащения и металлургические печи одинаковой производительности. Вполне возможна

такая ситуация, когда одна установка для измельчения лома будет поставлять не-

скольким плавильным заводам материал, подходящий для выпускаемой ими продук-

ции. Однако, в зависимости от типа имеющегося лома, на металлургическом заводе по

производству вторичного алюминия может понадобиться и собственная небольшая

установка для измельчения и сепарации лома.

С другими видами механической подготовки, такими как удаление покрытия или

обработка шлака, ситуация совершенно иная. Производственная мощность оборудо-

154

вания для этих работ относительно невелика и может быть выбрана в соответствии

с потребностями отдельного металлургического завода.

Установка для измельчения лома должна иметь производственную мощность,

достаточную для переработки поступающих объемов лома, и быть оборудована широ-

кой входной частью для того, чтобы можно было загрузить в нее крупные куски. Основ-

ной нежелательной примесью в дробленом алюминиевом ломе, которую необходимо

отделить, являются черные металлы. В ломе может присутствовать в том числе не-

ржавеющая сталь, которая не очень магнитоактивна, поэтому для отделения черных

металлов следует использовать магнитные системы с сильным полем.

Оставшийся алюминий все еще смешан с пластиком и мусором. Эти примеси

удаляются с помощью потока воздуха, который образуется в системе отвода отрабо-

танных газов установки для измельчения, либо с помощью вихревых токов или сочета-

нием обоих способов. Эти загрязнения удаляются как отходы процесса измельчения.

Очищенный от черных металлов и неметаллических примесей лом поступает на сле-

дующую стадию, где удаляются примеси прочих металлов. Их удаление может осу-

ществляться несколькими способами:

- сепарация в тяжелых средах;

- электродинамическая (вихретоковая) сепарация;

- рентгенофлуоресцентная сепарация.

Также для удаления прочих немагнитных металлов из дробленого алюминиевого

лома может использоваться ручная сортировка. Однако она не является предпочти-

тельной, поскольку связана с повышенными трудозатратами и трудностью визуального

определения некоторых металлов в мелких кусках.

Отделение прочих немагнитных металлов в тяжелых средах также не является

предпочтительным. В этом случае используется суспензия на основе ферросилиция,

и в алюминиевом ломе остается небольшое количество железа. Кроме того, после се-

парации в тяжелых средах требуется промывка продукта и его сушка перед подачей на

плавку.

В качестве конечного материала после всех видов сепарации остаются чистые

куски алюминия размером от менее 10 мм до 50-100 мм, которые хорошо переплав-

ляются в отражательной или роторной печи.

Шлак - еще один распространенный вид сырья, требующий обогащения с ис-

пользованием дробления. В зависимости от источника он может содержать алюминий

высокого качества. Такой шлак обычно поставляется с электролизных заводов. Шлак

состоит в основном из алюминиевых частиц и оксида алюминия (Аl2О3). Однако содер-

жание металла в нем может быть и довольно низким - 20 % (масс.), хотя обогащение

делает возможным его эффективное использование для производства вторичного

алюминия.

Дробление и измельчение применяются при переработке алюминиевых шлаков,

являющихся отходами производства вторичного алюминия во всех типах печей,

а также электролизного производства первичного алюминия.

Отдельно следует упомянуть использование дробления при переработке соле-

вых шлаков и кеков, образующихся при плавке лома и отходов на роторных печах. Этот

материал содержит металлический алюминий в таких количествах, что его дальнейшее

извлечение экономически не оправданно. В процессе измельчения и последующих

операций по удалению соли (как правило, с использованием выщелачивания) разде-

155

ляются основные компоненты: соли, алюминий и оксид алюминия. Мировой опыт пока-

зывает, что работа таких установок убыточна, поскольку стоимость извлекаемых ком-

понентов солевого кека (шлака) не окупает затраты на их разделение. Предприятия по

переработке солевых кеков от плавки алюминиевого лома и отходов на роторных пе-

чах в странах Евросоюза и ряде других стран строятся и функционируют только при

условии государственных дотаций или взимания достаточно высокой платы за утили-

зацию кека с предприятий, на которых он образуется. Такие заводы имеют достаточно

большую мощность и размещаются, как правило, в центральном регионе для того, что-

бы перерабатывать солевые шлаки, поступающие от различных переработчиков вто-

ричного алюминиевого сырья. В России таких установок нет в связи с отсутствием

нормативной базы, обеспечивающей их функционирование в условиях плановой убы-

точности.

Измельчение используется также при переработке вьюнообразной алюминиевой

стружки. Такая стружка образует спутанные клубки, которые нельзя загружать в су-

шильные установки и магнитные сепараторы. Для того чтобы обеспечить возможность

сушки и удаления механической примеси железа, такую стружку дробят.

Дробилки

В зависимости от типа материала и желаемого гранулометрического состава

применяются разные типы дробильного оборудования. В основном данное оборудова-

ние используется для переработки съемов и алюминиевого шлака, но и для использо-

ванных банок для напитков и металлической токарной стружки также необходимо из-

мельчение. Это оборудование довольно компактно. Но оно имеет значительные отли-

чия, если обрабатывается крупногабаритный материал, содержащий большое количе-

ство посторонних загрязнений. В связи с большой мощностью таких установок их сле-

дует рассматривать как ключевое оборудование для механической обработки алюми-

ниевого лома.

Ударная дробилка

На заводах по вторичной переработке алюминия для измельчения чаще всего

используется ударная дробилка (рисунок 8.2). Она состоит из вращающегося ротора с

мощными стальными измельчающими лезвиями из износостойкой стали. Лезвия явля-

ются изнашиваемыми деталями и могут быть легко заменены. Материал, подающийся

на ротор, проходит через набор тяжелых стальных отбойных плит, которые подвешены

на поворотном устройстве и поддерживаются упорными стержнями. Под воздействием

сильного удара материал разбивается и выгружается из дробилки через донное окно.

156

Рисунок 8.2 - Ударная дробилка

Если конструкция измельчающих лезвий подобна молотам, прикрепленным к ро-

тору и подвешенным с помощью шарнирных болтов, то дробилка представляет собой

молотковую мельницу. Еще одной разновидностью являются дробилки с решетками,

установленными в рабочей камере. Принцип измельчения примерно такой же, как и у

традиционной ударной дробилки. В основном они применяются для обработки не-

больших партий материала, но обеспечивают более равномерный размер кусков из-

мельченного материала, чем в традиционной ударной дробилке. После предваритель-

ного измельчения материал пропускается через нижнюю или верхнюю решетку или че-

рез обе сразу. Небольшие молотковые мельницы в основном используются при обра-

ботке шлака.

Шредер

Для измельчения лома алюминия используются большие установки мощностью

1000 кВт или более. Их уже нельзя назвать молотковыми или ударными дробилками,

они известны под наименованием шредеров и являются ключевым оборудованием для

процессов механического обогащения смешанного алюминиевого лома. Концепция их

устройства в основном та же, что и у ударной дробилки, состоящей из ротора с гори-

зонтальной осью, к которому прикреплены молоты. Материал разбивается под воздей-

ствием молотов и от удара об решетку и отбойные плиты. Разница состоит в размере

или типе ротора и его скорости. Шредер оборудован решеткой для пропуска измель-

ченного продукта. Некоторые алюминиевые сплавы, в частности деформируемые

сплавы, очень прочны и не легко поддаются измельчению. Поэтому верх дробилки от-

крыт. Основной поток материала проходит через верхнюю решетку и выводится наружу

в кожух шредера. Измельченный алюминий падает на вибрационный конвейер, при

этом пыль отсасывается через верхнее окно для выпуска воздуха. Вытяжка воздуха

обеспечивается вентилятором фильтрационной установки и работой шредера, который

действует как вентилятор. Необходимо отметить, что температура в установке для из-

мельчения может достигать 200-300 °С вследствие работы деформации. Материал

выходит из установки через нижнее выпускное окно.

157

Шредеры бывают разных размеров с мощностью до 2200 кВт (примеры приведе-

ны в таблице 8.1). Производительность зависит от вида алюминия. Обработка отливок

требует удельного расхода электроэнергии 20-25 кВтч/т, для деформируемых сплавов

энергопотребление увеличивается примерно в 3 раза и достигает 50-75 кВтч/т.

Таблица 8.1 - Характеристика шредера Zerdirator

Деформируемые

Алюм.

Тип шредера

Мощность при-

Ширина рабочего

алюминиевые спла-

отливки

Zerdirator

вода (кВт)

пространства(мм)

вы (т/ч)

(Т/Ч)

499

6-10

20-30

ZZ 175 х 160

600

1600

8-14

25-35

750

10-16

35-45

750

12-18

40-50

ZZ 175x260

920

2600

14-22

45-65

1030

15-25

50-70

1470

20-36

60-100

ZZ 210x260

1840

2600

26-42

80-120

2200

32-48

100-140

Щековая дробилка

Щековая дробилка используется для измельчения больших кусков лома, таких

как отливки больших размеров (блоки цилиндров двигателей), или крупных кусков шла-

ка. Щековая дробилка состоит из одной фиксированной щеки и одной подвижной щеки,

которая крепится на эксцентрическом приводном вале в верхней части и удерживается

в требуемом положении прочным контрфорсным стержнем на нижней части щеки. Бла-

годаря подшипнику эксцентрика подвижная щека совершает круговые движения, кото-

рые обеспечивают поступление материала сверху и проталкивание его в дробилку.

Стержень на дне удерживается пружиной или системой с гидравлической нагрузкой,

которая способна обеспечить проход, если в установку с силой проталкивается слиш-

ком большой кусок материала. В отличие от ударной дробилки, в щековой дробилке

материал разбивается на очень мелкие фракции. Однако она может перерабатывать

только хрупкие материалы. Это идеальное оборудование для переработки литых алю-

миниевых деталей, например, корпусов двигателей.

Другое оборудование для измельчения, такое, как конусная дробилка или валко-

вая дробилка, не используется в промышленности по вторичной переработке алюми-

ния.

Шаровая мельница

Это оборудование применяется, когда необходимо получить довольно мелкие

частицы. Особым случаем является измельчение шлака. В этом материале алюминий

покрыт слоями оксида алюминия. В шаровой мельнице оксид алюминия измельчается,

и высвобождается металлический алюминий. Так как этот материал очень вязкий,

он не разрушается и выходит из устройства в виде твердых частиц. Шаровая мельница

158

состоит из вращающегося барабана, поддерживаемого мощными подшипниками на

входе и выходе материала. 30 % объема заполнено шарами разных размеров.

Когда барабан вращается, шары обрушиваются на материал, что и вызывает

эффект измельчения. Так как в шаровую мельницу непрерывно подается материал, го-

товый измельченный продукт также непрерывно покидает устройство через окно на оси

с другой стороны барабана. Пыль и другие мелкие частицы удаляются потоком возду-

ха. Этот поток, создаваемый большим вентилятором, проходит через всю шаровую

мельницу от выхода до входа. Воздух, наполненный пылью, затем направляется

в фильтрационное устройство, обычно это мешочный пылеуловитель.

Для повышения эффективности размола часть пыли и воздуха, содержащего

мелкие частицы, возвращается в мельницу перед тем, как окончательно вывести этот

продукт из цепи. Эта система подходит для обработки шлака. Привод состоит из двига-

теля с регулируемой скоростью вращения и коробкой передач, которая соединена

с зубчатым колесом, размещенным вокруг барабана мельницы. Материал, подающий-

ся и выходящий из шаровой мельницы, должен проходить через воздушную раздели-

тельную камеру, чтобы избежать утечки воздуха из устройства. Стенки мельницы уси-

лены съемными облицовочными панелями.

8.2.1.2 Классификация для сортировки

При измельчении получаются фрагменты материала разной величины. Для сор-

тировки их по размеру используются классификационные установки. Существуют две

основные группы такого оборудования: вибрационные сита и сортировочные бараба-

ны.

Вибрационные сита

Вибрационное сито состоит из одной или двух дек с различными размерами

отверстий. Они представляют собой закрытые короба, расположенные на пружинах.

Вибрация создается несбалансированными двигателями или электромагнитной систе-

мой. Таким образом, вибрационная система состоит из осциллирующей силы и пружин.

Параметры подбираются так, чтобы достигнуть сверхкритического движения, то есть

сито работает сверх резонансной частоты. Так как эксцентрическая скорость дек сита

превышает гравитационную скорость, все частички поднимаются в воздух и падают

на деку, освобождая отверстия, поэтому более мелкие частички могут попасть на ниж-

нюю деку. В конечном счете мелкие частички, прошедшие вторую деку, собираются на

дне сита, расположенном под наклоном, и выгружаются оттуда по мере необходимо-

сти. Материал, не прошедший через деку, тоже выбрасывается из сита, попадает

в накопитель и впоследствии может быть отправлен в дробилку. Движение загружен-

ной партии материала обеспечивается наклоном вибрационного сита в сторону вы-

грузки материала.

Сортировочные барабаны

Другим приспособлением для сортировки является сортировочный барабан.

Он состоит из барабана с различными окнами или отверстиями в корпусе. В разных

секциях барабана расположены отверстия разного диаметра. Проходя через барабан,

материал может быть рассортирован по размеру на несколько фракций. Размер отвер-

стий увеличивается по мере приближения к выходу материала. Таким образом, в пер-

159

вой секции отсеиваются самые мелкие частицы. В следующей - более крупные части-

цы и так далее, пока в конце не отделяются самые крупные фракции материала. Мате-

риал, не прошедший в самые крупные отверстия, выходит из устройства. Сортировоч-

ный барабан поддерживается на роликовых подшипниках опорным кольцом в основа-

нии. Движение обеспечивается двигателем с переменной скоростью вращения. Части-

цы разного размера собираются в контейнеры или поступают на ленточный конвейер

для транспортировки к месту последующей обработки.

При просеивании обрабатываемый материал разделяется на группы по размеру.

Но его также необходимо распределить и по составу. Этот процесс обычно называют

сортировкой. Удаление других металлов или немагнитных материалов производится

разными методами. Сверхлегкие материалы, такие как бумага или легкий пластик, уже

удалены потоком воздуха в установке для измельчения. Но тяжелые материалы, такие

как сталь, медь, свинец, олово, бронза и цинк, часто соседствующие с алюминием

в составе композиционных материалов, еще присутствуют в смеси измельченного ма-

териала. Чтобы отделить их, используют разницу гравитационных свойств и плавуче-

сти в процессе сепарации в тяжелой суспензии, как и при сепарации потоком воздуха,

или их физических характеристик, как при разделении вихревыми токами, рентгено-

флуоресцентной сепарацией, или магнитной сепарацией.

Ленточные конвейеры для ручной сортировки

Простейшим оборудованием для сортировки является сортировочный конвейер,

движущийся на небольшой скорости. Рабочие по обеим сторонам конвейера отбирают

материал, который был признан негодным или относится к другим металлам. Критери-

ями классификации являются форма, внешний вид, цвет или вес. В партии могут нахо-

диться разные металлы. Конвейер может работать либо непрерывно, либо с периоди-

ческими остановками, в зависимости от количества удаляемого материала. Для повы-

шения производительности обычно используются ленточные конвейеры с непрерыв-

ным режимом. Для рабочего места в сортировочной позиции допустима длина

от 1,5 до 2 м при максимальной длине ленты 16 м. Скорость транспортера зависит от

сложности сортировки и может быть в пределах 1,5-2 м в минуту.

Процесс сортировки может производиться на основании химического состава

материала, который сначала обследуется с помощью лазера, в сочетании с автомати-

ческой сортировочной системой. Различные материалы могут быть распознаны при

обследовании лазером или рентгеновской установкой. Для отделения выбранного ма-

териала из потока используют воздушное сопло, создающее импульс в нужный мо-

мент, после того как материал сходит с конвейера по падающей кривой.

Магнитные сепараторы

Черные металлы удаляются из алюминиевого лома и отходов с помощью бара-

банного магнитного сепаратора или магнитного сепаратора, размещенного над конвей-

ером. Магнитный барабан располагают в верхней точке изгиба ленточного конвейера.

Таким образом, материал проходит через магнитное поле, действие которого прости-

рается ниже верхней части ленточного конвейера. Немагнитный материал движется по

баллистической кривой спада с нормальной гравитацией и может быть таким образом

передан на ленту другого конвейера. Магнитный материал переносится вокруг откло-

няющего ролика и падает, когда заканчивается действие магнитного поля. Куски желе-

160

за складываются затем в контейнеры или передаются на ленточные конвейеры, отво-

дящие его в отдельный контейнер.

Вторая система применяется для удаления более крупных фрагментов железа.

Это надконвейерный магнитный сепаратор. Он состоит из большого линейного магнита

в комбинации с ленточным конвейером. Лента этого конвейера снабжена поперечными

перегородками для транспортировки материала в нужном направлении при прохожде-

нии магнитного поля. Железные фрагменты притягиваются к магниту и с помощью пе-

регородок направляются в сторону, где попадают в контейнеры или на конвейер.

Нержавеющая сталь обычно не притягивается или притягивается только очень

мощным магнитом. С целью удаления фракций нержавеющей стали устанавливаются

барабанные сепараторы со сверхмощным полем. Кроме сильных магнитных полей,

принцип их действия схож с действием обычного магнитного сепаратора.

Разделение вихревыми токами (электродинамическая сепарация)

Устройство для разделения вихревыми токами состоит из ленточного конвейера

с многополюсным магнитным ротором, размещенным в отклоняющем барабане в вы-

ходной части ленточного конвейера. При вращении многополюсной магнитной системы

в металлических частицах индуцируются вихревые токи, которые, в свою очередь, со-

здают магнитное поле с противоположным роторной магнитной системе направлением.

В результате этого металлические частицы будут выброшены и таким образом

отделены от немагнитного материала, на который этот эффект не действует, и по-

следний покидает конвейер по обычной баллистической кривой. Выброшенные метал-

лические частицы выделяются из потока материала с помощью перегородки и отправ-

ляются на отдельный конвейер. Из-за различных физических свойств металлические

частицы из разных немагнитных металлов выбрасываются с разной интенсивностью и

за счет этого могут быть отделены друг от друга. Но различия в их магнитных полях не

так велики, чтобы позволить точную сортировку. Тем не менее таким методом можно

значительно снизить содержание прочих цветных металлов в дробленом алюминиевом

ломе. Так как конструкция сепаратора вихревыми токами представляет собой ленточ-

ный конвейер, то он может быть установлен, например, как выходной конвейер под

сортировочным барабаном. В этом случае поток материала уже разделен на различ-

ные фракции в более тонких слоях материала на ленте, что повышает эффективность

сортировки.

Разделение воздушным потоком (аэродинамическая сепарация)

Действие воздушного сепаратора основано на различии в удельной массе мате-

риалов. Этот метод особенно эффективен, если различия значительны и поверхности

оказывают хорошее сопротивление воздушному потоку. Скорость воздушного потока

должна быть подобрана таким образом, чтобы тяга была достаточной для легких ча-

стиц, но позволяла частицам алюминия вступать в противоток струе воздуха. Каждый

материал обладает определенной скоростью осаждения, которая зависит от формы

и силы притяжения отдельных частиц. Только те частицы, скорость осаждения которых

ниже скорости движения воздуха, уносятся этим потоком. Этот факт важен также для

пневматической транспортировки материала и для удаления пыли. Частицы, имеющие

скорость осаждения ниже скорости воздушного потока, поднимаются вверх. Это обыч-

но обрывки бумаги, пластика и пыль. Таким образом, эти фракции отделяются от ча-

161

стиц с более высокой скоростью осаждения, то есть частиц металла. Мелкие частицы

пластика, бумага и пыль могут быть отделены не только в вертикальном реакторе,

но и в горизонтальном вращающемся барабане. Этот метод обычно используется с

целью пылеудаления во вращающихся печах, сушилках или устройствах для удаления

покрытия. При вращении материала в барабане внутренние слои обдуваются возду-

хом, и мелкие частицы уносятся. По этой причине, особенно в шредерах для измель-

чения лома, пылеудаляющий барабан встроен в систему разгрузочного конвейера. Бо-

лее крупные частицы, унесенные воздухом, собираются в циклонном пылеуловителе, а

частично очищенный воздух отправляется в пылеуловительную камеру с рукавными

матерчатыми фильтрами.

Циклонный сепаратор

Принцип действия циклонного сепаратора основан на инерционных свойствах

различных материалов. Более тяжелые частицы отлетают к внешней стенке циклонно-

го сепаратора и вдоль нее падают на дно, за счет чего отделяются от основного потока

воздуха. Циклонные сепараторы эффективно применяются для отделения более круп-

ных фракций в запыленном потоке отходящих газов.

Сепарация в тяжелой суспензии (в тяжелых средах)

Процесс сепарации в тяжелой суспензии осуществляется с помощью жидкости,

плотность которой находится между значениями плотностей компонентов, подлежащих

разделению. Частицы с большей плотностью опустятся на дно, а частицы с меньшей

плотностью будут плавать на поверхности. Эта система позволяет отделить неметал-

лические компоненты, тяжелые металлы и магниевые сплавы от алюминия. Разделе-

ние различных алюминиевых сплавов теоретически возможно, но слишком трудноосу-

ществимо на практике из-за очень незначительной разницы в плотности. Разность

плотностей разделяемых фракций является ключевым фактором качественной сепа-

рации.

Воздух, попавший в металл, что может случиться в процессе измельчения, будет

оказывать негативное воздействие на качество сепарации. В качестве агента обычно

используется суспензия ферросилиция. Так как плотность этого вещества достаточно

высока

(6,7 кг/дм³), можно достигнуть максимальной концентрации суспензии

в 30-35 % сухого вещества. Другим преимуществом является то, что его можно уда-

лить из суспензии с помощью разделительного магнитного барабана.

Обычный сепарационный блок состоит из вращающегося барабана, поддержи-

ваемого роликами и опорным кольцом, с входным и выходным отверстиями вдоль его

оси. Барабан наполняется суспензией до того уровня, при котором определенное коли-

чество суспензии с алюминием на ее поверхности может вылиться из центральной ча-

сти. Тяжелые металлы опустятся на дно, и оттуда они будут подняты продольными

пластинами и выброшены в желоб или на конвейер над уровнем жидкости. Они выгру-

жаются из системы через желоб и собираются в контейнеры или на ленточный конвей-

ер. Алюминий вместе с суспензией, на поверхности которой он плавает, попадает

на сортировочное сито. Алюминий остается на сите, а суспензия стекает в коллектор.

Важно удалить весь ферросилиций с поверхности алюминия, так как при плавлении

нежелательно присутствие дополнительных количеств железа, содержащихся в этом

материале.

162

На первой стадии, до загрузки материала в барабан с суспензией, неметалличе-

ские компоненты могут быть удалены в баке-отстойнике. Плотность раствора подбира-

ется таким образом, чтобы все неметаллические материалы плавали на поверхности

и их можно бы было удалить. Пройдя сито для удаления жидкости, материал попадает

в накопитель вместе с отходами из установки для измельчения. Удаления ферросили-

ция обычно не требуется, так как плотность раствора низкая, а ферросилиций не вре-

дит окружающей среде. Однако, если это необходимо и экономически оправдано, мо-

жет быть установлен магнитный барабан. Металлический материал собирается на дне

бака-отстойника. Удаление этого материала можно осуществить при помощи так назы-

ваемой гребенки уловителя, шнекового конвейера или ленточного конвейера. Предпо-

чтение отдается шнековому конвейеру или уловителю, так как их конструкция проще

и легче в эксплуатации. После отделения неметаллических примесей металл из бака-

отстойника может подаваться по любому конвейеру прямо в разделительный барабан.

8.2.1.3 Технологические линии для механического обогащения

Некоторые материалы требуют механической обработки для увеличения содер-

жания алюминия до проведения металлургического процесса. Это сравнимо с процес-

сом обогащения минералов, которые обычно тоже подвергаются предварительной об-

работке для повышения содержания в них ценных веществ. Примером может служить

процесс обогащения алюминиевой руды, из которой впоследствии получают металли-

ческий алюминий и который, например, в случае с бокситом, довольно сложен. Про-

цессы обогащения лома не так сложны, но эффективны и в целом экономически вы-

годны. Это в основном относится к обогащению шлака. Этот материал обычно содер-

жит большое количество оксидов и флюса, смешанного с вторичным алюминиевым

сплавом в виде так называемых корольков разного размера. Часто шлак снимается

и обрабатывается очень некачественно, содержащийся в нем алюминий продолжает

интенсивно окисляться после снятия с поверхности ванны металла уже в шлаковницах.

И когда материал в конце концов попадает к плавильной установке, в нем остается уже

незначительный процент металлического алюминия. Поэтому мы более подробно

остановимся на процессе обогащения этого ценного сырья.

Материал, содержащий большое количество органических включений, иногда

уменьшает эффективность плавки. С целью повышения рентабельности процесса об-

работки этого материала настоятельно рекомендуется удалить нежелательные приме-

си. Это относится и к алюминию с покрытием, в основном речь идет об использованной

таре из-под напитков, на которую нанесены слои пластика и краски. Если обрабаты-

вать достаточное количество такого вида лома, то удаление покрытия становится це-

лесообразным. Технологическая линия для этого схожа с линией для удаления масла с

металлической стружки, являющейся отходами станочных работ.

8.2.1.4 Технологическая линия для переработки лома

Фронтальный погрузчик с захватывающим приспособлением доставляет лом со

склада, и он помещается на фартучный конвейер для загрузки в шредер. На рисунке

8.3 показана конструкция установки для переработки лома. Здесь материал дробится

на маленькие кусочки разного размера, в соответствии со свойствами материала.

Пыль и мелкие неметаллические компоненты уносятся воздушным потоком, создавае-

163

мым пылеудаляющим вентилятором. Часть более крупных частиц будет отделена цик-

лонным пылеуловителем, расположенным перед блоком пылеуловителя тонкой очист-

ки. Это может быть воздухоочиститель мокрого или сухого типа. Так как лом, подавае-

мый в шредер, может быть мокрым или содержать некоторое количество масла, уста-

новка воздухоочистителя мокрого типа предпочтительна во всех случаях. Материал,

измельченный установкой, выгружается на ленточный конвейер, установленный под

ней. Магнитный сепаратор встроен в отклоняющий барабан ленточного конвейера. Он

удаляет частицы железа из массы измельченного материала и направляет их на раз-

грузочный конвейер. Крупные куски железа удаляются надконвейерным магнитным се-

паратором и складываются в контейнер.

Теперь измельченный материал не содержит железа и может быть отсортирован

по различным фракциям в сортировочном барабане. Это необходимо, только если

разным заказчикам требуется определенный вид фракций. Для прямой переработки

сортировка не требуется, поэтому все фракции могут быть отправлены во вращающий-

ся барабан. Иногда лом содержит много неметаллических компонентов. Разные фрак-

ции из сортировочного барабана могут быть отправлены в устройство для сепарации

вихревыми токами. В результате будет получен чистый измельченный лом, который

может быть переработан без проблем.

Если присутствуют включения не только железа, но и тяжелых металлов, таких

как медь, свинец и цинк то необходимо включить дополнительные этапы обработки.

Но это делается до сортировки лома на различные фракции. На рисунке 8.2 показана

типичная технологическая линия по переработке лома.

164

Рисунок 8.3 - Технологическая схема процесса переработки лома:

раздаточная печь: 1 - шредер; 2 - магнитный сепаратор; 3 - сито; 4 - барабанный сепаратор;

5 - сепаратор вихревых токов; 6 - сито; 7 - накопительный бункер

8.2.1.5 Технологическая линия для обработки шлака

Шлак - это смесь алюминия, оксида алюминия и флюса. Она образуется в отра-

жательной печи и удаляется из печи при съеме шлака. При этом соскребается и часть

алюминия. Содержание металла в шлаке может достигать 70 %. Часть алюминия, со-

держащегося в шлаке, может окислиться, как только войдет в контакт с атмосферным

воздухом, если шлак содержит мало флюса и не применяются установки принудитель-

ного охлаждения шлака. Так как это экзотермический процесс, то почти весь металл,

содержащийся в центре шлаковницы, может превратиться в оксид алюминия, что при-

ведет к значительным потерям. Существуют разные способы подавить это окисление.

Самый простой - разбросать шлак по рабочей площадке. Он будет быстро остывать до

температуры ниже температуры воспламенения, и окисление останавливается. Если

охлаждение проведено оперативно, то отпадает необходимость в дальнейшей обра-

ботке, так как содержание алюминия в материале может превышать 60-70 %.

165

Хорошим, простым решением задачи сокращения потерь металла после удале-

ния шлака из печи является использование гидравлического пресса. Шлак помещается

в контейнер с отверстиями на дне. Гидравлический пресс-штемпель выдавливает ме-

талл из шлака, и алюминий попадает в изложницу, расположенную под контейнером

пресса. Оставшийся шлак уплотняется в большой блок с содержанием металла менее

40 %. Этот блок может быть отправлен прямо во вращающуюся барабанную печь. Не-

которые производители таких прессов предусматривают принудительное охлаждение

пресс-штемпеля путем продувки воздуха через каналы в нем. При использовании таких

прессов происходит не только выдавливание части алюминия из шлака, но одновре-

менно и охлаждение шлака, за счет чего экзотермическая реакция окисления алюми-

ния в нем прекращается. Итак, методами обработки шлака, снятого с поверхности ван-

ны, являются выдавливание жидкого металла и сокращение, таким образом, металли-

ческого содержимого в нем и/или его быстрое охлаждение для остановки экзотермиче-

ской реакции окисления алюминия. При этом в процессе охлаждения происходит

и предварительная сортировка.

Но это практикуется в очень редких случаях, поэтому шлак, поставляемый на за-

воды, которые специализируются на производстве вторичного алюминия из шлаков,

зачастую имеет очень низкое содержание металла. Большая часть металла, содержа-

щегося в шлаке и съемах, окисляется еще у поставщика в течение нескольких часов

после удаления шлака из печи. Такое сырье в значительной мере теряет свою цен-

ность для переработки. Однако даже этот шлак остается значимым сырьем. Содержа-

ние в нем алюминия - минимум 20-30 %, в среднем же оно составляет 40-50 %. Если

перерабатывающее предприятие уделит больше внимания процессу подготовки шла-

ка, то можно получить хорошую экономическую выгоду, обогатив его до содержания

алюминия выше 60-70 %.

Для извлечения металла во вращающейся барабанной печи вся садка, включая

соль, должна быть доведена до температуры плавления. Это значит, что оксидное со-

держимое шлака разогреется так же, как и металл. Так как условия передачи тепла во

вращающейся печи для обоих материалов более или менее идентичны, разогревание

неметаллического материала приведет к повышенному потреблению энергии. Потреб-

ление энергии в процессе обработки в современной вращающейся барабанной печи

составляет приблизительно 600 кВтч/т завалки. Это относится к алюминию и шлаку.

При условии, что 1 т шлака содержит 80 % алюминия, расход энергии в перерасчете на

содержание алюминия составит

600 разделить на

0,8, то есть приблизительно

740 кВтч/т. Если содержание алюминия в шлаке только 40 %, энергопотребление на

тонну металлического алюминия составит уже 1500 кВтч. Это значительная разница,

поэтому обогащение алюминиевого шлака до плавления представляется чрезвычайно

экономически выгодной задачей, особенно для шлака с низким содержанием металла.

Для подготовки его к процессу плавки необходимо механическое обогащение.

На рисунке 8.4 приводится технологическая схема процесса обработки шлака.

166

Рисунок 8.4 - Технологическая схема процесса обработки шлака:

1-подача; 2 - питающий конвейер; 3 - молотковая дробилка; 4 - вибрационное сито; 5 - шаро-

вая мельница; 6 - накопительный бункер для продукта - 50 мм; 7 - ковшовый элеватор;

8 - накопительный бункер для продукта +50 мм

Для переработки шлаков с содержанием металлического алюминия менее

40-50 % используются обогатительные установки. В подобных установках шлак под-

вергается многократному дроблению на роторных или щековых дробилках, измельче-

нию на шаровых или стержневых мельницах, сепарации на барабанном грохоте или

виброситах и магнитной сепарации.

Места пересыпок материалов, дробилки и мельницы оборудуются принудитель-

ными отсосами с последующей подачей аспирационного воздуха на фильтровальные

установки. В результате уже на первой стадии дробления шлака за счет удаления пы-

левидной фракции его оксидно-флюсовой составляющей начинается обогащение ма-

териала.

В результате переработки бедных шлаков на таких установках получается алю-

миниевый концентрат с содержанием алюминия от 60 до 80 %, пригодный для плавки

в роторных печах.

8.2.2 Технологическая линия для обработки стружки

Значительная часть вторичного алюминиевого сырья представляет собой струж-

ку, технологическая схема первичной обработки которой представлена на рисунке 8.5.

167

Стружка

ВитаВитая

Сыпучая

I. Грохочение

Кусок

СтрСтружка

Стружка витая

Кусок

а витая

Сортировка по видамидам

II.II. Дробление

VII. СVII. Сортировка

СтСтружка

Кусок

III. Удаление влаги и маслаасла

Сухая обезжиренная стружкаужка

IV. Грохочение

VIVIII. Пакетирование

СтСтружка мелкая

ОтсеОтсев

V. Магнитная сепарация

Магнитная фракция

НемНемагнитная ф ракция

IX. Обработка по другим

IX. Обсхемама по другим

VI.VI. Брикетирование

схемам

Готовая продукция (стружка) по ГОСТ

СыпСыпучая

Витая

Пакеты

БрикБрикеты, россыпью

Пакеты

Рисунок 8.5 - Технологическая схема первичной обработки стружки алюминия и алю-

миниевых сплавов

Согласно этой схеме, сыпучая и витая стружки складируются раздельно. Грохо-

чение витой стружки осуществляется с целью отделения кусков крупностью более

100 мм, которые поступают на видовую сортировку сыпучей стружки класса 100 мм.

Прошедшая грохочение витая стружка подвергается дроблению, а не дробимые пред-

меты выбрасываются из дробилки и поступают на сортировку. Если нет возможности

произвести дробление витой стружки, ее подвергают ручной сортировке, которая за-

ключается в отделении лома, кусковых отходов, посторонних предметов и пр. После

168

сортировки витую стружку брикетируют и направляют на переплавку. Стружка прессу-

ется в брикеты различного размера (в зависимости от имеющегося брикет-пресса). При

этом механические примеси черных металлов и смазочно-охлаждающие жидкости не

удаляются. В результате брикеты получаются довольно сомнительного качества и ис-

пользуются преимущественно для производства раскислителей. В связи с этим пред-

почтительным способом переработки витой стружки является ее дробление и даль-

нейшая подготовка к плавке по схеме, применяемой для сыпучей стружки.

Прошедшая грохочение сыпучая стружка, а также стружка, полученная в резуль-

тате дробления витой фракции, поступает на сушку для удаления влаги и масел

(СОЖ). Сухая обезжиренная стружка направляется на грохочение с целью отсева зем-

листой фракции -3...+0 мм, которая затем отправляется заводам черной металлургии

по специальным техническим условиям. Очищенная от мелкой фракции стружка посту-

пает на магнитную сепарацию, в процессе которой из нее выделяется магнитная фрак-

ция, перерабатываемая по специальным схемам. Сухая сыпучая стружка, из которой

удалены мелкая фракция (-3 мм) и механические примеси черных металлов, идет

на переплавку или брикетирование.

Выбор технологической схемы в значительной мере зависит от тех видов сырья,

которые перерабатываются на данном заводе. С целью сокращения капитальных

и эксплуатационных затрат ряд переделов на заводах используется для переработки

всех видов сырья (сортировка, взвешивание, пиротехнический и радиационный кон-

троль и т. д.). Но, несмотря на это, технологические схемы на таких заводах достаточ-

но сложны, поскольку используемое оборудование зависит от вида перерабатываемого

лома и отходов. Отсюда понятно, что в каждом конкретном случае технологическая

схема завода создается с учетом конкретных условий, и, как правило, эти схемы посто-

янно меняются под влиянием рынка.

Стружку, высечку, обрезь труб, проволоки, профилей, бракованные полуфабри-

каты, фольгу, лист, шлаки и съемы называют отходами. Из всей массы отходов, посту-

пающей на переработку, максимальную долю составляет стружка (60 %). Стружка со-

держит различные примеси: масло, влагу, землистый засор, оксид алюминия, другие

металлы. Высокие сорта такого вида сырья содержат алюминия до 95 %; в худших сор-

тах - 50…75 %.

В качестве примера на рисунке 8.6 приведена технологическая схема подготовки

и плавки стружки. Данная схема предусматривает переработку стружки, ее сушку и вы-

плавку алюминиевого сплава.

В зависимости от химического состава, термообработки заготовки, вида режуще-

го инструмента форма и размеры отдельных частиц стружки могут быть различными.

С точки зрения подготовки к плавке стружка делится на сыпучую и витую, смешанную и

однородную. При обработке заготовок алюминиевая стружка загрязняется железом

вследствие истирания режущего инструмента и обработки железоалюминиевых заго-

товок, а также случайными частицами железа из-за небрежности персонала. Поэтому

содержание механических примесей черных металлов в алюминиевой стружке может

достигать 30 %. Кроме того, стружка загрязняется эмульсией и маслом, которые ис-

пользуются при обработке сплавов на станках в виде смазочно-охлаждающих жидко-

стей (СОЖ). При хранении ее на открытом воздухе содержание масла и влаги может

достигать 20…30 %. Чтобы получить высокие технико-экономические показатели при

переработке стружки, ее необходимо очистить от влаги, масла и других механических

169

примесей, а для полноты извлечения железа и увеличения удельной насыпной массы

витую стружку подвергают дроблению. Учитывая большой удельный вес стружки в об-

щем балансе лома и отходов, для ее подготовки к плавке применяют специализиро-

ванные линии.

Первичной операцией обработки витой стружки является ее дробление. После-

дующие операции обработки дробленой стружки проводят на линиях обезжиривания

и сушки, которые делятся на линии гидрохимического и термического обезжиривания,

а также центрифугирования.

Рисунок 8.6 - Технологическая схема подготовки и плавки стружки

Линии термического обезжиривания и сушки стружки независимо от используе-

мого основного и вспомогательного оборудования включают следующие технологиче-

ские узлы:

- приёма сыпучей и дробленой стружки;

170

- предварительного грохочения сырья для отделения негабаритных включений

и посторонних предметов перед сушкой;

- обезжиривания и сушки стружки;

- контрольного грохочения и отсева окалины и других отходов;

- магнитной сепарации, предназначенный для удаления из стружки ферромаг-

нитных включений.

Вне зависимости от конструкции и компоновки оборудования линия сушки долж-

на удовлетворять следующим требованиям: влажность стружки после сушки должна

быть не более 1 %, содержание: СОЖ - до 0,4 %, железа - не более 0,2 %, пыли

и землистого засора - не более 1 %.

Влага и масло удаляются нагревом стружки при температуре

400...450 °С.

Стружка имеет развитую поверхность, поэтому при нагреве теряется часть металла

вследствие окисления. Разработан способ безокислительной сушки стружки. Основной

узел установки - вращающийся барабан, обогреваемый извне (рисунок 8.7). Вслед-

ствие вращения барабана и уклона стружка перемещается со стороны загрузки к про-

тивоположному торцу. Вода при нагреве испаряется, масло в основном сгорает, ча-

стично испаряется. Воздух поступает в барабан с разгрузочного конца в количестве,

недостаточном для полного сгорания масла с целью создания восстановительной

атмосферы в зоне косвенного нагрева.

Рисунок 8.7 - Установка безокислительной сушки стружки:

1 - секция сушки и охлаждения; 2 - зубчатый венец; 3 - разгрузочная камера; 4 - контактные

кольца; 5 - разгрузочная течка; 6, 9 - опорные ролики; 7 - упорный ролик; 8 - привод; 10 - ка-

мера косвенного нагрева; 11 - форсунка косвенного нагрева; 12, 18 - вентилятор первичного

воздуха;13 - вибрационный питатель; 14 - тарельчатый питатель, 15 - бункер; 16 - индикато-

ры уровня; 17 - вентилятор вспомогательной горелки,19 - форсунка; 20 - вентилятор первич-

ного воздуха; 21 - камера дожигания; 22 - дымовая труба; 23 - газоотход; 24 - термопары; 25 -

секция первой зоны сушки; 26 - камера нагрева

Безокислительная установка обжига стружки снабжена холодильником и каме-

рой дожигания и представляет собой горизонтальный барабан, состоящий из трех сек-

ций: первая обогревается снаружи газами, образующимися в камере от сжигания топ-

171

лива, вторая имеет тепловую изоляцию в виде шамотной футеровки, и третья секция

не имеет футеровки. Камера дожигания выполнена в виде цилиндра, футерованного

шамотным кирпичом, и сообщается с первой зоной барабана газоходом. В ней уста-

новлена форсунка для сжигания топлива с регулируемой подачей вторичного воздуха.

Сушилка и камера дожигания работают на естественной тяге от дымовой трубы, или на

принудительной тяге, создаваемой дымососом.

Мокрая стружка подается в сушилку питателем, над которым установлена си-

стема орошения водой и маслом. В установке стружка подвергается трем стадиям об-

работки: косвенный нагрев с дистилляцией масла и испарением влаги; непосредствен-

ный нагрев, в том числе за счет сгорающих паров масла; охлаждение стружки.

Зона косвенного нагрева обогревается внешней топкой, свод которой имеет про-

рези для распределения тепла по длине барабана. Тепло от сжигания топлива нагре-

вает стружку в первой зоне барабана в восстановительной атмосфере. Топочное

устройство обеспечивает нагрев барабана до температуры, достаточной для испаре-

ния влаги и масла из стружки, не допуская ее перегрева.

Вторая зона не имеет внешнего обогрева, но тепла, накопленного стружкой, до-

статочно для окончания процесса сушки.

Третья зона барабана - холодильник - продувается воздухом, поступающим с

разгрузочного конца барабана навстречу движению стружки. После охлаждения струж-

ки воздух поступает во вторую зону, из которой он уносит в первую зону пары масел и

воды, где пары масла частично сгорают в условиях недостаточного количества кисло-

рода. За счет этого в первой зоне образуется восстановительная атмосфера, препят-

ствующая окислению алюминия. Остаток продуктов горения и температурного разло-

жения масла полностью сгорает в камере дожигания. Для регулирования количества

воздуха, поступающего в сушильный барабан, на разгрузочном оголовке барабана

имеется регулирующее устройство (жалюзи).

Температура в первой зоне - 400-450 °С, во второй - 250 °С, в камере дожига-

ния - 730-750 °С. Эти установки в зависимости от их размеров позволяют утилизиро-

вать тепло в количестве до (0,4-5,0) 10³ кДж/ч.

Вместо сушки стружки для удаления СОЖ может применяться центрифугирова-

ние стружки.

Этот способ подготовки стружки к плавке является максимально экологически

безопасным, так как в процессе центрифугирования не используется топливо, не тре-

буется пылеудаления и газоочистного оборудования из-за отсутствия загрязняющих

выбросов в атмосферу.

Линия центрифугирования состоит из следующих компонентов:

1. Подающий транспортер с манипулятором загрузки.

2. Барабанный грохот для разделения витой и сыпучей стружки.

3. Центрифуга, в которую загружается сыпучая стружка. В центрифуге отделя-

ются вода, масло и водная эмульсия. Полученная эмульсия возвращается на предпри-

ятия, с которых поступает стружка, и после фильтрации повторно используется при

механообработке заготовок.

4. Магнитный сепаратор для отделения механической примеси черных металлов.

Полученная сухая отмагниченная стружка подается на плавильные агрегаты.

Вьюнообразная стружка с барабанного грохота поступает на дробилку, и полу-

ченная дробленая стружка подается на линию центрифугирования.

172

8.2.2.1 Извлечение металла при плавке стружки

Промышленные отходы, особенно стружка, содержат большое количество окси-

дов, влаги, масла и других неметаллических примесей, поэтому сплавы, приготовлен-

ные из вторичного сырья, по сравнению со сплавами на основе первичного алюминия

несколько в большей степени загрязнены оксидами, растворенными газами.

По мере совершенствования методов переработки промышленных отходов и

лома степень загрязненности получаемых сплавов металлическими и неметалличе-

скими примесями снижается, и по качеству они все более приближаются к сплавам из

первичного сырья.

При плавке алюминия извлечение металла осложняется легкой окисляемостью и

необратимостью реакции окисления алюминия. Окисление алюминия прямо пропорци-

онально температуре и времени, причем роль последнего преобладающая. Поэтому

режим плавки будет оптимальным при соблюдении принципа - плавить горячо и быст-

ро. При плавке отходов металл окисляется больше всего в период, предшествующий

расплавлению, когда температура высокая, а поверхность большая. Расплавленный

металл может иметь более высокую температуру, но образование жидкой ванны резко

уменьшает его поверхность, которая к тому же прикрыта флюсом.

Плавку стружки ведут в отражательной или роторной печи.

8.2.2.2 Удаление покрытия

Окрашенный материал или материал, имеющий какое-либо другое покрытие,

направляется на обработку в установку для удаления покрытия. Этот этап технологи-

ческого процесса следует за измельчением лома и удалением железа, вихретоковой

сепарацией, или сепарацией в тяжелой суспензии, либо полностью проходит стадии

дробления и сортировки, как в случае с токарной и металлической стружкой. В собран-

ной таре из-под напитков обычно содержится определенное количество стальных ба-

нок с алюминиевой крышкой. Так что они являются типичным материалом на этапе

удаления покрытия после измельчения и сепарации железа. Материал с окрашенной

поверхностью подвергается такой же операции. Иногда этот материал представляет

собой композит из пластмассового покрытия и алюминиевых листов. Поэтому прежде

чем алюминий подвергнется операции по удалению покрытия, необходимо удалить

пластмассу при помощи вихретокового сепаратора.

Термическое удаление покрытия происходит при температуре около 400 °С.

Температура крайне важна с точки зрения образования оксида алюминия (Аl2O3), осо-

бенно по отношению к сплавам, легированным магнием, как в случае с тарой из-под

напитков. Это может привести к потере металла, если в среде для передачи тепла

присутствует свободный кислород. Поэтому для удаления покрытий желательно ис-

пользовать пиролиз с инертным газом или продуктами сгорания без свободного кисло-

рода. Для этого процесса существуют некоторые ограничения. В зависимости от при-

роды органического материала, в процессе удаления покрытия получаются три продук-

та: газ, смола и сажа (углерод в чистом виде). Количественное соотношение различных

продуктов зависит от времени разогрева и температуры. Как правило, при более высо-

кой температуре удаления покрытия количество смолы и сажи уменьшается, а содер-

жание газа увеличивается. На начальном этапе этого процесса смола и газ улетучива-

ются. Поскольку для пиролизного процесса кислород не требуется, этот процесс очень

173

ПРОИЗВОДСТВО АЛЮМИНИЯ (ИТС 11-2022) - часть 2