Плазменные технологии обезвреживания отходов алюминиевых производств

Размещено на http://www.allbest.ru/

ВВЕДЕНИЕ

Общемировая тенденция роста объемов потребления алюминия, ужесточение экологических требований и дефицит энергоресурсов, требует повышения эффективности извлечения алюминия из отходов производства. В последние годы отчетливо проявляется тенденция роста объемов производства вторичного алюминия. Ожидается, что к 2010 г. в странах Европы доля алюминия, получаемого из вторичного сырья, достигнет 65 - 70 %. В России, по оценкам специалистов, уровень использования вторичного алюминия также должен возрасти с 10 до 40 %. Увеличение объемов потребления и расширение областей применения алюминия привело к увеличению количества мелкодисперсных и загрязненных отходов с содержанием алюминия от 40 до 85%, эффективная переработка которых невозможна на традиционном оборудовании. Самым распространенным агрегатом для извлечения алюминия из низкосортного сырья являются короткобарабанные вращающиеся печи с горизонтальной осью, которые технически малоэффективны и не приспособлены к переработке загрязненных и низкосортных отходов. В процессе их использования образуется большое количество солевых шлаков, хранение которых в отвалах экологически небезопасно. В промышленно развитых странах наблюдается рост интереса к разработке новых плавильных агрегатов, имеющих более высокие технологические и экологические характеристики. В связи с этим, разработка научной обоснованной технологии переработки отходов алюминия с применением новых конструкций роторных наклонных печей (РНП) для внедрения на российских предприятиях вторичной металлургии алюминия является актуальной.

Глава 1. ПЛАЗМЕННЫЕ ТЕХНОЛОГИИ ОБЕЗВРЕЖИВАНИЯ ОТХОДОВ АЛЮМИНИЕВЫХ ПРОИЗВОДСТВ

Для предотвращения масштабного экологического кризиса необходима сберегающая политика природопользования в сфере освоения вторично-сырьевых ресурсов. В этой связи актуальной задачей становится переработка техногенных отходов, способствующая при выборе наиболее результативного метода повышению эффективности и конкурентоспособности соответствующих производств.

Переработка содосульфатных смесей (ССС) - экологическая и экономическая проблема для алюминиевых производств Уральского региона. Наиболее остро эта проблема встала перед Богословским алюминиевым заводом (БАЗ), перерабатывающим Североуральские бокситы. В процессе переработки бокситов комбинированным способом Байер-спекание за счёт взаимодействия серы содержащейся в боксите, с содой добавляемой в процесс для вывода из раствора серы, образуется сульфат натрия, который является вредной примесью в структуре гидрата. Сульфат натрия выводится из процесса в виде баркеитовой соли (Na2CO3?2Na2SO4) и является полупродуктом производства. Образование ССС происходит на этапе выщелачивания спека и фильтрации алюминатного раствора. После выпарки оборотного содощелочного раствора и сушки остатка получается содосульфатная смесь, состоящую из Na2SO4 (~80% по массе), Na2CO3 (~20%) и Al2O3 (~1%), которая затем транспортером направляется на склад сульфата, откуда она отгружается потребителю. Ежегодно образуется от 25 до 31 тысяч тонн ССС в зависимости от содержания серы в боксите, которое колеблется от 0,5% до 1,1%.

С конца 2002 года в связи с изменением схемы производства на филиале "Волховского алюминия", использовавшего ССС в качестве компонента стекольного производства, перед Богословским алюминиевым заводом встала проблема сбыта ССС и их накопления в местах открытого хранения. Содосульфатные смеси - отход 3 класса опасности (умеренно опасные отходы), за который взимается экологический платеж. ССС полностью растворимы в воде, поэтому в процессе длительного хранения происходит фильтрация осадков и загрязнение грунтовых вод, что ухудшает экологическую ситуацию не только на БАЗ, но и для жителей г. Краснотурьинска, являющегося одним из самых загрязнённых городов не только на Урале, но и в целом по России. Оценки показывают, что ущерб только от сбросов в водные объекты достигает 15 млн. руб. в год. При этом предприятие несёт также убытки, связанные с образованием и несанкционированным складированием ССС, которые с учетом упущенной выгоды от реализации составляют свыше 127 млн. руб. в год. К настоящему моменту площадь, занимаемая содосульфатными отвалами, составляет свыше 2 га, а общая масса отходов превышает 30 тыс. тонн.

В попытках решения данной экономической и экологической проблемы техническим советом БАЗ были рассмотрены различные способы переработки и сбыта ССС, которые так и не были до настоящего времени реализованы. Причинами этого являются либо убыточность, либо возможное ухудшение экологического состояния пригородной зоны г. Краснотурьинска (выброс сероводорода и других токсичных компонент в окружающую среду).

Продолжая поиск экономически выгодных и эффективных способов решения вышеобозначенной проблемы, Богословский алюминиевый завод обратил внимание на плазменные методы переработки, достоинством которых является экологическая безопасность и возвратность продуктов переработки в производство. Для обезвреживания содосульфатных отходов глиноземного производства было предложено использовать оригинальную методику высокотемпературной деструкции в пироплазме, в которой отходы вводятся непосредственно в плазменную дугу. При этом сами отходы поступают в плазмотрон, пройдя предварительную стадию механической деструкции в шнековом или тарельчатом питателе загрузочного устройства. Применение низкотемпературной плазмы для обезвреживания токсичных содосульфатных отходов обусловлено проблемой отсутствия к настоящему времени эффективных и безопасных технологий переработки такого типа отходов, когда в качестве продуктов переработки не возникают вредные для здоровья человека оксиды углерода, азота и серы, способные во влажной атмосферной среде к образованию опасных кислотных соединений.

Трудности, возникающие при этом, связаны не только с исключительной концентрацией токсичных компонент в отходах, но и с устойчивостью их молекул к тем температурам, при которых происходит утилизация отходов в большинстве применяемых технологий. В условиях низкотемпературной плазмы автоматически идут процессы деструкции карбоната и сульфата натрия (Na2CO3=Na2O + CO2 (при температурах выше 900 0С) и Na2SO4=Na2O + SO3 (при температурах свыше 1500 0С)) с получением шлака, содержащего Na2Ox и Al2O3, который можно вернуть в производство, утилизируемых газовых выбросов (СО2, SO3) и небольшой доли (8-12%) вторичной пыли. Если пропустить газовые выбросы через мокрый скруббер, то получается раствор кислоты, который можно использовать для нейтрализации щелочных стоков завода. Вторичная пыль может быть отправлена либо в дожигатель, либо дополнительно пропущена через плазменный реактор, либо продана как товарный продукт (100% Na2SO4) обезвреживания содосульфатных отходов.



Рис.1 Материально-энергетическая схема метода плазменного

Основным элементом технологической схемы утилизации, представленной на рис.1, является генератор низкотемпературной плазмы - плазмотрон, обеспечивающий протекание процессов пиролиза при температурах 2000 - 10000 К. Применяемые в целях переработки токсичных отходов плазмотроны требуют исследования и оптимизации теплофизических, гидро- и аэродинамических процессов в газовоздушном тракте плазмотрона, анализа термодинамических и кинетических процессов, протекающих в газовом разряде и окружающем его пространстве плазмохимического реактора. В данной технологической схеме используется плазменный реактор, сопряженный с оригинальным плазмотроном, разработанным НПП "Полигон Лтд." (г. Екатеринбург), обеспечивающий устойчивое горение плазменной дуги на мощности энергопотребления ~ 15 кВт при пропускной способности 15-20 кг отходов в расчете на один плазмотрон. Выделяющееся в плазмохимическом реакторе тепло используется для предварительного подогрева порошкообразных содосульфатных компонент, прошедших предварительную стадию измельчения. На следующей стадии процесса осуществляется ввод подогретого порошка непосредственно в плазменную дугу, работающую на пониженном давлении, задаваемом в системе подготовки и подачи плазмообразующего газа - воздуха. Установка по обезвреживанию включает в себя также замкнутый цикл водоохлаждения плазмотрона, источник питания мощностью 60 кВт и систему очистки и утилизации отходящих газов (циклон для удаления крупных фракций вторичной пыли и мокрый скруббер, для связывания токсичных выбросов в кислотном растворе). Установка снабжена датчиками, обеспечивающими контроль энергетических (вольтамперные характеристики - I,U и температура T) и газодинамических (расход Q, компонентный состав %) параметров процесса.

Предложенная технологическая схема обеспечивает соответствующий экологическим требованиям физико-химический состав продуктов обезвреживания. С целью повышения экологической эффективности обезвреживания возможно также применение плазмотронов в схеме многостадийной плазменной деструкции на стадии дожигания отходящих газов, а также для остекловывания нелетучих продуктов предварительного пиролиза с целью их дальнейшей безопасной утилизации или возврата в производство.

Затратной частью плазменной технологии являются только самоокупаемые расходы на оборудование и расходы на электроэнергию, минимизируемые (порядка 30% в общей доле расходов) при оптимизации технологического процесса, а прибыльной - снижение экологических издержек и возврат части продукта в производство. Оценки себестоимости переработанного продукта говорят о конкурентоспособности заявляемой технологии по сравнению с другими известными технологиями плазменной и газотермической инсинерации (80-150 евро/т). Успешное внедрение данной технологии на БАЗе позволит говорить о её применимости и на других предприятиях алюминиевой отрасли, также озабоченных решением аналогичных проблем. Реализация плазменного метода обезвреживания ССС будет способствовать решению целого комплекса проблем, стоящих перед алюминиевой промышленностью и вовлеченным в эту отрасль населением близлежащих городов.

Алюминиевое сырье

В зависимости от происхождения лом алюминия состоит из деталей машин, двигателей, самолетов, приборов, бытовых изделий. Составляющие лома представляют собой поковки, отливки, штамповки, изделия из труб, прутков и профилированного проката. Для алюминиевого лома характерно смешение деталей из различных алюминиевых сплавов, наличие приделок из неметаллических и металлических материалов, высокая степень засоренности.

Значительная доля вторичного алюминиевого сырья представлена отходами, которые образуются при производстве изделий из листа и проката, проволоки, фольги. Вторичным сырьем является стружка, образующаяся при механической обработке алюминия и его сплавов. Она составляет самую большую группу алюминиевых отходов; доля ее в общем количестве отходов и лома достигает 40% и более.

В процессе плавки алюминия и его сплавов на поверхности расплава образуются окислы. Смесь окислов с частицами футеровки и пылью, пропитанная жидким металлом, удаляется с поверхности расплава и образует съемы (шлаки). Они содержат алюминий и, как правило, перерабатываются на заводах вторичных цветных металлов.

В соответствии со стандартом в первую группу классификации лома и отходов алюминия включены лом и отходы нелегированного алюминия, во вторую -- лом и отходы деформируемых сплавов с низким содержанием магния (до 0,8%), в третью -- лом и отходы деформируемых сплавов с повышенным содержанием магния (до 1,8%), в четвертую -- отходы литейных сплавов с низким содержанием меди (до 1,5%), в пятую -- литейные алюминиевые сплавы с высоким содержанием меди, в шестую -- алюминиевые деформируемые сплавы с высоким содержанием магния (до 6,8%), в седьмую--алюминиевые литейные сплавы с высоким содержанием магния (до 13%), в восьмую -- отходы деформируемых сплавов с высоким содержанием цинка (не более 7,0%), в девятую-- алюминиевые литейные сплавы с высоким СО'

Лом и кусковые отходы

Эта группа вторичного сырья включает лом изделий из листа и проката, проволоки, литья, поковок и отходы, образующиеся при производстве этих изделий.

Лист и прокат используют в производстве самолетов, судов, мебели, бытовых предметов, при этом образуются отходы в виде листовой обрези.

Самолетным ломом являются корпуса не пригодных к эксплуатации самолетов и их отдельные части: фюзеляж, кабина, крылья, хвостовое оперение и куски корпуса самолета, а также целые корпуса самолетов, израсходовавших свой ресурс. Корпус представляет собой дуралюминовую или стальную конструкцию, обшитую листами дуралюмина. Внутри корпуса смонтированы топливные баки, трубопроводы, электропроводка, имеется большое количество мелких деталей.

Самолетный лом является наиболее сложным видом сырья, так как он включает большое количество деталей из различных металлов, которые трудно удалить. Его предварительно подвергают разделке для удаления посторонних металлов и материалов, которые при плавке могут перейти в расплав и загрязнить сплав, увеличить угар алюминия (горючие материалы), удлинить плавку.

Посторонними металлами в самолетном ломе обычно являются стальные приделки, свинец, бронзовые и латунные детали арматуры, медные и латунные трубопроводы и радиаторы, медные провода. В ломе присутствуют литые и кованые детали из алюминиевых сплавов, отличающихся по химическому составу от дуралюмина.

Менее вредны стальные детали: при соблюдении технологии плавки содержание железа в алюминиевом сплаве может составить не более 0,4%. Все другие металлы и сплавы, попадающие с самолетным ломом в печь, растворяются в жидкой ванне и изменяют химический состав сплава. Поэтому тщательное удаление приделок при разделке самолетного лома является важной задачей.

После удаления посторонних металлов и материалов самолетный лом разрезают на отдельные части, удобные для транспортировки и плавки.

В последнее время в переплавку поступает все большее количество судового лома: катеров, лодок, бакенов, понтонов и других изделий. По химическому составу судовой лом отвечает алюмипиевомагниевым сплавам, обладающим повышенной коррозионной стойкостью.

Весьма ценным видом сырья для выплавки вторичного алюминия и алюминиевых сплавов являются отходы, образующиеся при изготовлении изделий из листа и ленты -- листовая обрезь. Этот вид отходов представляет собой куски кромок и концов, выштаиповку, высечку. К листовой обрези относят также бракованные куски листа или ленты (мятые, поцарапанные», а также брак деталей, изготовленных холодной штамповкой. Засоренность листовой обрези обусловлена наличием обрезков пластмасс, оцинкованного железа, иногда латуни, меди и колеблется от 3 до 20 %.

По химическому составу листовую обрезь делят на обрезь чистого алюминия и обрезь алюминиевых сплавов (дуралюмин, алюминиевомарганцевый, алюминиевомагниевый, алюминиевоцинковый спдавы). Любая обрезь часто бывает покрыта лаком для анодирована. Такая обрезь мало окисляется при хранении.

Другая часть отходов -- обрезки профилей, труб, прутков, пресс-остатки, отходы от горячей штамповки. Этот вид отходов обычно не содержит посторонних примесей, кроме окиси алюминия, и представляет собой алюминии, дуралюмин, алюминиевоцинковый сплав. Для горячей штамповки пригодны ковочные сплавы, поэтому отходы штамповки имеют химический состав алюминиевомедных сплавов (АК1, АК2, АК4 и др.).

Алюминиевую проволоку используют для изготовления кабелей и электрических прозодов. Она может быть из чистого алюминия или из алюминиевомагниевокрем-ниевого сплава (алдрея).

Проволока поступает в переработку в виде отходов электротехнического производства или в виде продукта разделки проводов и кабелей. Провода могут быть одно и многопроволочные, покрытые изоляцией и без нее. Алюминиевые провода могут иметь сердцевину из стальной оцинкованной проволоки.

Помимо лома и отходов из листа и проката, к этому классу сырья относят лом литья и поковок. Литые и кованые детали имеют разнообразный химический состав. Как правило, детали имеют приделки из других металлов (стальные болты и шпильки, подшипники, бронзовые втулки). Засоренность лома зависит от тщательности разделки и колеблется от 3 до 50%.

Лом двигателей внутреннего сгорания состоит.*-из большого количества литых и кованых деталей -- поршней, цилиндров, блоков, головок, картеров, корпусов коробок передач и т. д. Эти детали отлиты из качественных сплавов; двигатели изготавливают большими сериями, поэтому собирают крупные партии лома однородных деталей одинакового химического состава.

Более разнообразен по химическому составу машинный лом -- детали различных машин, приборов, приспособлений, инструмент, изготовленные из качественных и низкокачественных сплавов.

ГЛАВА 2. СПОСОБЫ ПОЛУЧЕНИЯ АЛЮМИНИЕВОГО СЫРЬЯ ИЗ ВТОРИЧНЫХ СЫРЬЕВЫХ РЕСУРСОВ

Алюминиевая фольга -- холоднокатаная лента толщиной 0,003--0,2 мм. Ее используют в качестве упаковочного материала, для изготовления обмоток конденсаторов, в качестве экранов для радио- и электронных приборов, для тепло- и гидроизоляции и т.д. Фольга может быть гладкой, тисненой, окрашенной Я Лакированной. Для упрочнения фольги ее наклеивают с помощью парафина, крахмала или лака на бумагу, картон и другие материалы, т. е. делают ее кашированной.

Отходы фольги представляют собой брак при прокатке в виде рулонов или путаной фольги, брак изделий из фольги (обмотки конденсаторов, бракованные конденсаторы). Ломом фольги являются непригодные конденсаторы, использованная упаковка.

Фольгу изготавливают из чистого алюминия, однако в качестве вторичного сырья интерес представляет лишь фольга в виде отходов с прокатных заводов. Фольга в виде рулона может непосредственно направляться в плавку, путаную фольгу необходимо предварительно пакетировать.

Таким образом, вторичное алюминиевое сырье характеризуется большим разнообразием, что обусловливает необходимость подготовки его к металлургической переработке различными методами.

Глиноземное производство -- крупный потребитель природных сырьевых ресурсов (бокситов, нефелинов, известняков, алунитов и др.). Извлечение из этого сырья всех ценных составляющих, т. с. комплексное его использование, является важнейшей народнохозяйственной задачей. В нашей стране успешно решена задача комплексного использования нефелинового сырья, которое перерабатывается без каких-либо отходов. Осуществлена также комплексная переработка алунитовых руд. На многих заводах при переработке алюминиевых руд попутно с глиноземом извлекают галлий и ванадии.

Комплексная переработка Кольского нефелинового концентрата характеризуется следующими показателями. Для получения 1т глинозема расходуется примерно 4,1 т нефелинового концентрата и 7,6 т известняка. При этом в качестве побочных продуктов получается 760 кг кальцинированной соды, 310 кг полутораводного поташа и около 6 т нефелинового шлама.

Нефелиновый шлам содержит до 80% белита 2CaO.SiО2, поэтому его часто называют белитовым. Хорошо освоено и рационально получение из него цемента. Однако перевозка цемента экономически целесообразна лишь на ограниченные расстояния. Поэтому при большой мощности глиноземного завода нефелиновый шлам не всегда может быть полностью использован для получения цемента.

Многочисленными исследованиями установлено, что нефелиновый шлам может быть эффективно использован не только для производства цемента, но и для получения строительных растворов н бетонов, для изготовления силикатного кирпича, огнеупорных материалов, в литейном производстве для изготовления формовочных и стержневых смесей, в сельском хозяйстве для известкования кислых почв, для получения закладочных смесей при подземной разработке полезных ископаемых, а также для некоторых других целей.

При комплексной переработке алунитовых руд получают глинозем, серную кислоту и сульфат калия, который используют в сельском хозяйстве в качестве удобрения. Кроме того, на каждую тонну глинозема получается ~4 т алунитового шлама, содержащего свыше 70 % SiO2. Исследованиями установлено, что алунитовый шлам может быть успешно использован в производстве строительных материалов (бетона, стеновых блоков, керамических изделий, керамзита), а также в литейном производстве для изготовления формовочных смесей.

При переработке бокситов по способу Байера на каждую тонну глинозема получается более тонны красного шлама, а в способе спекания -- до 2,5 т. Основными составляющими красных шламов являются соединения железа, кремния, кальция, алюминия. Кроме того, в шламах присутствуют соединения титана и щелочь. Содержание Fe2O3 в красных шламах достигает 60%.

Из физических свойств красных шламов следует отметить их высокую дисперсность, способность к слеживанию и комкованию, а также высокую влажность.

При сбросе шлама на шламовое поле требуются значительные затраты на устройство шламохранилищ и их эксплуатацию, а также ухудшаются санитарно-гигиенические условия окружающей местности, возможно загрязнение щелочью близлежащих рек н водоемов, нерационально используется земля.

Исследованиями установлена возможность использования красных шламов в различных отраслях народного хозяйства. Одним из способов комплексной переработки красного шлама является восстановительная плавка его в смеси с известняком в электропечи с целью получения чугуна и алюмокальциевого шлака. Алюмокальциевый шлак можно переработать на глинозем и цемент.

Имеются предложения осуществлять восстановительную планку в две стадии: сушку и частичное восстановление шлама в смеси с известняком на агломерационной машите или в трубчатой вращающейся печи с последующей плавкой полученного клинкера в электропечи. При обработке во вращающейся печи можно получить частично металлизованный клинкер с содержанием углерода до 10 %, что позволяет завершить восстановление оксида железа в электропечи без ввода дополнительного восстановителя.

Температура плавления клинкера зависит от степени его металлизации и содержания в нем углерода. Для полного восстановления оксида железа и получения саморассыпающегося шлака она должна быть достаточной высокой. Однако чрезмерно высокая температура плавления клинкера приводит к значительному восстановлению оксидов кремния и титана и получению вязких шлаков.

Извлечение железа из шлама в чугун при восстановительной плавке достигает 98 %. При восстановительной плавке в две стадии снижается расход электроэнергии.

Установлена возможность переработки красного шлама в двух последовательно соединенных вращающихся печах. В первой печи шихта, состоящая из красного шлама и известняка, обжигается в присутствии восстановителя (каменный уголь) при 1000--1100°С с получением металлизованного клинкера. Во второй печи при 1300--1400°С происходит частичное расплавление материала с образованием жидкого чугуна и твердого шлака. Присутствующая в красном шламе щелочь оказывает отрицательное влияние на процесс восстановительной плавки, так как разрушает футеровку печи. Перед плавкой щелочь может быть регенерирована из шлама обработкой его известковым молоком.

В виде небольших добавок (1--3%) красный шлам может быть использован как комкующий материал при получении железорудных окатышей и агломерата. Такие добавки способствуют увеличению производительности агломерационных машин и повышению механической прочности агломерата.

Предложены также чисто гидрометаллургические схемы переработки красных шламов с целью извлечения глинозема и щелочей. Одной из этих схем является рассмотренная нами схема комбинированного гидрохимического способа (см. § 36). В другом варианте гидрохимического способа используется свойство присутствующих в шламе соединений железа вступать при выщелачивании во взаимодействие с SiO2 и СаО с образованием малорастворнмых соединений--железистых гранатов ЗСаО.Fe2O3.2SiO2.2H2O. Глинозем и щелочь при выщелачивании переходят в раствор.

Высокое извлечение глинозема достигается при выщелачивании красного шлама щелочным раствором, содержащим Na2Oк; г/л, с каустическим модулем. 10--12 при 250°С и молярном отношении СаО к Fe2O3, равном 3. Из полученного раствора глинозем можно выделить в виде твердого алюмината натрия (см. 206 § 36) или в виде трехкальциевого гидроалюмината с последующим разложением его содовым раствором.

Другим направлением использования красных шламов является непосредственное их применение в качестве добавки при получении различных продуктов. Имеются предложения использовать красный шлам в производстве момента, кирпича, керамики, жаростойкого бетона, литейноформовочных смесей, канализационных труб, стекловолокна, для укрепления грунтов при строительстве дорог, при производстве коагулянта для очистки сточных вод, в качестве основного компонента сложного вяжущего для закладки шахтных выработок и для других целен. Однако пока немногие из этих предложений получили практическое применение.

Перед отгрузкой потребителям красный шлам должен быть обезвожен. При перевозке шлама в зимнее время его влажность не должна превышать 12--15%. В результате испытаний установлено, что в результате фильтрации красного шлама на дисковых вакуум-фильтрах получаются осадки влажностью 40 % при производительности фильтра 110--120 кг/(м2.ч). На фильтрпрессах можно получить осадок с меньшим содержанием влаги (20--25 %) при производительности фильтра 70--80 кг/(м2.ч). Для дальнейшего уменьшения влажности необходима сушка красного шлама.

Известен способ переработки алюмосодержащего сырья путем термической обработки при повышенных температурах и последующего выщелачивания слабой серной кислотой, при этом термообработку ведут путем грануляционного спекания с серной кислотой концентрацией 10 - 15% в кипящем слое [А.С.СССР N 228011, МКИ C 01 F 7/26, 1975 г.].

Известен способ переработки алюминийсодержащего сырья, включающий приготовление шихты путем его смешения с известняком и оборотным шламом и соединениями щелочных металлов, ее измельчения и корректирования до заданной величины молярных соотношений в шихте, спекание шихты продуктами горения топлива с получением спека, содержащего алюминаты щелочных металлов, выщелачивание спека оборотным содощелочным раствором, отделение полученного алюминатного раствора от белитового шлама, его промывку водой и использование для производства цемента, подачу крепкой промывной воды на приготовление содощелочного раствора для выщелачивания спека, обескремнивание алюминатного раствора, подачу полученного белого шлама на приготовление шихты, карбонизацию обескремненного алюминатного раствора газами от спекания шихты с выделением гидроксида алюминия, выделение содопродуктов из полученного содового раствора, при этом процесс ведут при строго определенном фракционном составе шихты, молярном соотношении оксидов металлов и щелочи, расходе воды на промывку белитового шлама, концентрации оксида алюминия в алюминатном растворе при выщелачивании спека [Патент РФ N 2060941, МПК 6 C 01 F 7/38, 1996 г.].

Известные способы переработки алюмосодержащего сырья требуют значительных энергетических, сырьевых и трудозатрат, экологически неблагополучны.

Известен также способ переработки шламов алюминиевого производства, включающий растворение шламов серной кислотой в трехкратном объеме обрабатываемых шламов с концентрацией не ниже 90% с разложением органических соединений, дорастворяют соединения железа с последующей обработкой соляной кислотой, которую добавляют в объеме 10% от объема серной кислоты, а после отделения осадка последовательно осаждают гидроксиды железа, алюминия и магния карбонатами или гидроксидами щелочных и щелочноземельных металлов [Заявка РФ N 92014631, МПК 6 C 01 F 7/26, C 22 C 7/00, 1996 г.].Известный способ позволяет перерабатывать шламы с низким содержанием алюминия и высоким содержанием органических веществ. Однако реализация известного способа требует значительных сырьевых затрат, использование агрессивных кислот и щелочей в больших количествах не решают проблему экологической безопасности производства, а его применение для переработки алюминиевых шлаков не позволяет решить задачу их обезвреживания.

Наиболее близким к предлагаемому является способ переработки размолотых отходов алюминиевого производства в водной среде соляной кислотой с протеканием реакции связывания аммиака в хлористый аммоний и последующей классификацией обработанных отходов [Патент US N 4247325, МКИ C 22 B 21/00, 1981 г.].

Известный способ не позволяет обезвредить отходы алюминиевого производства, т.к. выделяющийся хлористый аммоний является таким же экологически неблагополучным соединением, как и аммиак.

Задачей изобретения является улучшение экологической обстановки на предприятиях алюминиевого производства за счет обезвреживания отходов алюминиевого производства (преимущественно шлаков), упрощение технологии их переработки, расширение сырьевой базы за счет утилизации многотоннажных экологически вредных отходов алюминиевого производства.

Поставленная задача решается тем, что предлагаемый способ обезвреживания шлаков алюминиевого производства, в отличие от известного, включает их обработку водным раствором соляной кислоты или ее солью с последующим выдерживанием при температуре рабочего помещения.

Обработку отходов ведут путем капельного распыления водного раствора соляной кислоты или ее соли с металлом концентрацией 1 - 10% в количестве 10 - 100 л на 1 тонну отходов. Обработанные отходы выдерживают в течение не менее одних суток.

ГЛАВА 3. АППАРАТУРНОЕ ОФОРМЛЕНИЕ ПРОЦЕССА ПОЛУЧЕНИЯ АЛЮМИНИЕВОГО СЫРЬЯ ИЗ ВТОРИЧНЫХ РЕСУРСОВ

Роторно-наклонная барабанная печь

Роторно-наклонная барабанная печь представляет собой в современной установке по переработке вторичного алюминия ключевую технологию для расплавления мелкого и загрязнённого лома.



алюминий сырье переработка печь

Технология компании ALCUTEC имеет некоторые особенности.

Роторно-наклонная барабанная печь компании АЛКУТЕК позволяет за счёт контролируемых шагов процесса и определяемой в соответствии с ними атмосферы в печи создать не только оптимальные условия для наименьшего угара металла, но и обеспечивает эффективный отвод отходящего газа, причём закрытая конструкция практически исключает рассеянную эмиссию.

Отдельные компоненты установки имеют особенно тяжёлую конструкцию и высококачественное изготовление для достижения безаварийной эксплуатации при долгом сроке службы.

Действие осевых сил выравнивается 4 устойчивыми системами опорных роликов, расположенных в кольцах скольжения на обшивке печи. Горизонтальные силы, возникающие в наклонном положении печи, принимаются расположенным на поде печи упорным подшипником.

Фиксированная часть упорного подшипника соединена с печным барабаном через качательную опору для выравнивания несоосности.

Частью цикла работы печи является фаза вытапливания, параметры которой программируются в соответствии с количественным содержанием органических частиц в ломе. Химически расплавленная энергия этих компонентов дополнительно улучшает энергетический баланс процесса расплава.

Конструкционные особенности

· Барабан печи имеет оптимальную для протока продуктов горения геометрию.

· Мощные стенки корпуса печи с износоустойчивой огнеупорной футеровкой и устойчивыми кольцами скольжения.

· Система подшипников из 4 роликовых станций для принятия радиально действующих сил и упорный подшипник для выравнивания осевых сил.

· Наклонная рама из высокоустойчивых прямоугольных профилей и равномерно двигающегося гидравлического цилиндра для плавного наклона при выпуске металла и выемке шлака.

· Гидравлически откидываемая дверь с встроенной горелкой и особенно эффективным динамическим уплотнением для избежания рассеянной эмиссии.

· Наклоняемый вместе с печью вытяжной зонт с динамическим уплотнением на корпусе печи и уплотнительными кожухами на откидываемой двери. Отведение отработанных газов через каналы с огнупорной футеровкой.

· Поворотный жёлоб для слива жидкого металла при незначительной высоте падения струи металла.

· Шлаковый поезд с подготовкой и удалением шлаковых коробов для освобождения барабанной печи от шлака.

· Подвижное в трёх осях устройство удержания шлака в печи для удерживания шлака в печи при сливе металла и вращающееся присоединение к неподвижной части газоотводящей системы.

· Привод через окружную цепь с частотно-регулируемым управлением через коробку передач и цепное колесо для обеспечения надёжного вращения барабана.

· Роторно-наклонные печи поставляются ёмкостью на 6 т, 12 т и 24 т и могут быть оснащены газовоздушными, газокислородными и масляными горелками.

Загрузочная машина

Роторно-наклонная барабанная печь представляет собой высокопроизводительную систему расплава. Поэтому не рекомендуется загрузка печи ковшовым погрузчиком или похожими приспособлениями.

Для обеспечения рабочего цикла печи и для экономии времени было разработано загрузочное устройство, которое состыковывается с зонтом отходящего газа и обеспечивает быструю загрузку печи.

Конструкционные особенности

· Устойчивая ходовая рама, если необходимо - 2-х осевая, из мощных полых профилей из полосовой стали.

· Небалансовый загрузочный жёлоб с 2 небалансовыми приводами с опорой на стальные пружины.

· Загрузочный бункер из стальных листов повышенной жёсткости.

· Для загрузки отражательных печей небалансовый жёлоб заменяется на лоток со сталкивающей пластиной.

Отражательная печь

Этот тип печи применяется как в качестве литейной печи, так и в качестве плавильной печи.

Особенная конструкция печи позволяет простую очистку стенок и пода печи, необходимых при длительных эксплуатационных фазах или при смене сплава.

Герметично закрывающаяся дверь печи в комбинации с системой регулирования давления препятствует попаданию внутрь наружного воздуха и уменьшает тем самым угар металла и потери энергии.

Мощность горелки устанавливается в соответствии с конкретным случаем применения: как для литейной печи или как для плавильной печи. Соответствующие системы регенерации тепла, если это имеет смысл, можно включить в концепцию печи.

В зависимости от применения отражательные печи поставляются как неподвижные, как наклонные или как двухкамерные печи.

Конструкционные особенности

· Корпус печи изготавливается из герметичных стальных пластин в крутильно-жёсткой конструкции, усиленных стальными профилями. Такая конструкция и является предпосылкой для долгого срока службы огнеупорной футеровки и всей печи.

· Гидравлически открываемая дверь со специальным уплотнением керамическим шнуром и с дверной рамой из специально отлитых отдельных элементов.

· Гидравлика для наклона с плавно скользящим плунжерным цилиндром, управляемая через гидравлическую систему с целью обеспечения точного наклона и тем самым точного регулирования потока металла.

· Система разливочных носиков для свободного падения струи металла.

· Горелочное устройство, расположенное для оптимальной передачи тепла по всей печи и выполненное как горелка холодного воздуха, как горелка горячего воздуха с рекуператором или как регенеративная горелка.

· Точное регулирование горелки в зависимости от энергетической потребности в различных фазах рабочего цикла печи.

· Многослойная огнеупорная футеровка, обеспечивающая великолепную теплоизоляцию при незначительном износе.

· Регулирование давления в печи через специальную керамическую заслонку, расположенную в канале отходящего газа.

· Устройство для рафинирования газом, если необходимо, через газовую фурму со свода печи или через пористые кирпичи в поде печи.

Отражательные печи поставляются с объёмом ванны от 10 - 150 т и имеют оптимальную конструкцию для конкретного случая применения. Это обеспечивает широкий спектр их применения: от плавильных печей и литейных печей в производстве вторичного алюминия, до литейных печей в производстве первичного алюминия.

Для специальных случаев применения могут быть поставлены печи как круглой, так и овальной формы.

Разливочная машина для чушек

Особая технология позволяет производить на разливочной машине чушки (блоки) с хорошей поверхностью.



Это достигается с помощью литейного колеса с безтурбулентной разливкой металла и с помощью охладительной системы с охлаждающим резервуаром. При этом металл не соприкасается с охлаждающей водой и охлаждается до рабочей температуры через замкнутый кругооборот охлаждающей воды.

Перед автоматическим укладыванием чушек в штабеля расположен охладительный участок, обеспечивающий требуемую температуру для прочного связывания чушек.

Конструкционные особенности

· Прочный опорный каркас из стальных профилей с бесконечной цепью для приёма специальных изложниц.

· Литейное колесо из высококачественного литья с выпускными форсунками.

· Лоток для воды со ступенчатым подводом воды для оптимального охлаждения.

· Ограничительное устройство для чушек.

· Устройство для подогрева и опрыскивания изложниц.

· Система выпуска металла, выполненная как сборный лоток с огнеупорной футеровкой и запорными форсунками, и устройство для нанесения клейма.

· Охлаждающий конвейер в виде пластинчатого транспортёра с лотком для воды.

· Стол для сбора чушек с предраспололженным устройством переворачивания.

· Робот-штабелеукладчик для различных форм штабелей.

· Станция обвязывания и станция накопления штабелей, выполненная как транспортёр с шагающими балками.

Разливочная машина для чушек может быть поставлена и без штабелеукладывающего устройства, а также с опрыскивающим охлаждением литейного продукта и штабелеукладывающей мощностью от 3 до 25 т/час.

Вспомогательные устройства

Особой составной частью каждой установки, как и отдельных компонентов, является электрооборудование, включая контрольно-измерительную технику.

Технологии и концепции для контрольно-измерительной техники играют ключевую роль в успешном функционировании компонентов установки и всей установки в целом. Для компании ALCUTEC является обязательным централизованное соединение всех компонентов во всех узлах установки. Управление отдельными компонентами проектируется поэтому как централизованный обмен сигналами.

Для комплектации комплексных установок компания ALCUTEC поставляет также и необходимые вспомогательные устройства, такие, как:

· Желоба

· Электролизёры и устройства для подогрева электолизёров

· Электролизёры для жидкого металла для линий непрерывного разлива ёмкостью от 1,5 - 10 т

· Станции для разлива чушек большого размера

· Устройства для осушения стружки

· Установки для обогащения алюминия и солевого шлака

· Комплексные установки - минизаводы по переработке вторичных металлов

Отмечается значительный рост объемов производства вторичного алюминия за рубежом, опережающий рост первичного, в отличие от ситуации в России, где производство первичного алюминия вследствие экономических особенностей имеет рентабельность свыше 100%, в отличие от производства вторичного алюминия, которое как любая отрасль машиностроения имеет рентабельность не более 15%. Производством вторичного алюминия в России на 2005 год занимается более 180 официальных предприятий, на которых производится 400 000 тонн, причем из них 165 000 тонн на 8 предприятиях. Стоимость сырья в общей себестоимости передела во вторичной металлургии доходит до 80 %, потери металла и выход годного при переработке алюминиевых отходов являются основным экономическим показателем работы печей вторичной металлургии. Рассмотрены проблемы переработки низкосортных алюминийсодержащих шлаков.

Размещено на Allbest.ru