- •Содержание
- •Введение
- •1 Описательная часть
- •1.1 Состав и свойства промышленного электролита
- •1.1.1 Свойства промышленного электролита
- •1.1.2 Состав промышленного электролита
- •1.2 Конструкция электролизера с самообжигающимся анодом
- •1.2.1 Катодное устройство
- •1.2.2 Катодные кожухи
- •1.2.3 Подина
- •1.2.4 Анодное устройство
- •1.2.5 Ошиновка электролизера
- •1.3 Оборудование, применяемые для обработки электролизера
- •1 Машины загрузки анодной массы (мзам)
- •2 Машины прорезки периферии анодов (мппа)
- •2 Расчётная часть
- •2.1 Материальный баланс
- •2.1.1 Производительность электролизера
- •2.1.2 Расчёт прихода сырья в электролизёр
- •2.1.3 Расчёт продуктов электролиза
- •2.1.4 Расчёт потерь сырья
- •2.2 Конструктивный расчет электролизера
- •2.2.1 Расчёт анодного устройства электролизера
- •2.2.2 Расчёт катодного устройства
- •2.2.3 Расчёт катодного кожуха
- •2.3 Электрический баланс электролизёра
- •2.3.1 Падение напряжения в анодном устройстве
- •2.3.2 Падение напряжения в подине
- •2.3.3 Доля падения напряжения от анодных эффектов
- •2.3.4 Падение напряжения в электролите
- •2.3.5 Падение напряжения в ошиновке электролизёра
- •2.4 Тепловой баланс электролизёра
- •2.4.1 Расчет прихода тепла
- •2.4.2 Расчёт расхода тепла
- •2.5 Расчёт цеха
- •3 Специальная часть. Виды твердых отходов электролиза алюминия и их переработка
- •3.1 Виды твердых отходов
- •3.2 Переработка угольной пены процесса электролиза алюминия
- •3.3 Утилизация футеровки электролизера
- •3.4 Обзор предлагаемых технологических схем переработки отходов производства алюминия
- •3.5 Предлагаемый метод переработки твёрдых отходов и шламовых полей
- •3.6 Результаты и выводы
- •4 Экономическая часть
- •4.1. Расчет производственной программы
- •4.2 Расчет численности рабочих
- •4.3 Расчет фонда оплаты труда рабочих
- •4.4 Расчет цеховых расходов
- •4.5 Расчет расходов на содержание и эксплуатацию оборудования (рсэо)
- •4.6 Расчет себестоимости 1 тонны алюминия и всего объема
- •4.7 Расчет основных технико-экономических показателей проекта
- •5 Промышленная безопасность и экология
- •5.1 Средства коллективной и индивидуальной защиты в электролиз-ных корпусах
- •5.2 Сохранение экологии при переработке твёрдых отходов электролиза
- •Заключение
- •Список использованных источников
3.3 Утилизация футеровки электролизера
Отработанная футеровка электролизеров (ОФЭ) по объемам образования занимает первое место из всех сырьевых отходов алюминиевого производства. Однако перевод ОФЭ во вторичное сырье, пригодное к использованию, требует значительных капитальных затрат и каждый алюминиевый завод решает эту проблему самостоятельно. Большая часть разработок по утилизации твердых фторуглеродсодержащих отходов электролизного производства алюминия предусматривает либо частичную их переработку, либо использование только части образовавшихся отходов.
Утилизация изношенной футеровки электролизера – большая экологическая проблема вследствие того, что она пропитывается фторсодержащими солями и другими компонентами, которые входят в состав электролита. Изношенную футеровку можно разделить на две большие части – угольную и огнеупорную. Угольная футеровка содержит, в среднем, 30% углерода, 26 – глинозема, 13- криолита, 8 –фтористого натрия, 3 –фтористого кальция, 6 – соды, 3 – кварца и 11% остальных примесей. В состав огнеупорной футеровки входит 55-70 % оксида кремния, а остальное – глинозем и фторсодержащие соли.
Известно несколько десятков технических предложений различной степени проработки по использованию отработанной футеровки с получением фторида натрия, но в связи с переходом на электролиз при низком криолитовом отношении, они не представляют промышленного интереса. Предложены различные способы переработки изношенной футеровки электролизера, основанные на ее утилизации в смежных отраслях промышленности и нейтрализации цианидов и водорастворимых фторидов.
Для разрушения цианидов в изношенной футеровке и превращения фторидов в невыщелачиваемые вещества наиболее перспективным оказалось сжигание ОФЭ в кипящем слое толщиной 900 мм при температуре 760 °С. Как показали результаты исследований, при такой температуре сгорает 99,99 % цианидов, 99% фторидов остается в кипящем слое в невыщелачиваемом виде, а газообразный фтор улавливается рукавным фильтром влажного скруббера.
Изношенная футеровка с добавками известняка оказалась хорошим заменителем плавикового шпата при производстве серого чугуна в вагранках.
Также ОФЭ может быть заменителем топлива. Поскольку печи работают на угле, часть топлива можно заменить измельченной угольной футеровкой. Лабораторные испытания показали, что можно применять всю футеровку электролизеров, и уровень цианидов в дымовых газах не изменился.
3.4 Обзор предлагаемых технологических схем переработки отходов производства алюминия
Ниже представлен обзор разработанных методов переработки твёрдых отходов электролиза.
Таблица 3.1 – Методы переработки твёрдых отходов и результаты внедрения
Способы переработки |
Результаты применения |
1Сернокислотное разложение фторуглеродсодержащих отходов. Натриево-алюминиевые фториды разлагают серной кислотой во вращающихся печах с получением фтористого водорода и натриево-алюминиевых квасцов. Фтористый водород направляется в производство фтористых солей по любой из известных технологий. Натриево-алюминиевые квасцы нейтрализуют известковым молоком с образованием: - гипса, который выводится на шламовое поле, - растворов алюмината натрия, которые могут быть использованы в производстве криолита или глинозема. |
а) При трехкратном к объему шлама увеличении количества серной кислоты выявлено, что это ведет к снижению экономических характеристик процесса выщелачивания б) Снижение количества вводимой серной кислоты ведёт к увеличению количества неразложившихся органических соединений углерода содержащихся в шламе. в) При обработке твердых отходов серной кислотой более низкой концентрации снижается переход в растворимое состояние некоторых полезных компонентов и увеличивается содержание неразложившихся органических соединений. г) Вопрос утилизации натриево-алюминиевых квасцов требует дополнительных исследований и технологической проработки |
2 Гидрохимическую обработку твердых отходов ведут последовательно серной кислотой с концентрацией 90 – 96 %, затем соляной кислотой с концентрацией не ниже 30%, затем твердый осадок отделяют от полученного раствора и обрабатывают его карбонатами или гидроокисями щелочных и щелочноземельных металлов для осаждения железа, алюминия и магния в виде гидроокисей. |
Снижение концентрации соляной кислоты ниже 30% не оказывает существенного влияния на количественный состав растворенных соединений железа, но снижает скорость их перевода в растворимое состояние.
|
3 Гидрохимический двухстадийный способ переработки тонкодисперсных фторуглеродсодержащих отходов. - Первая стадия: обработки отходов раствором NaOH 30 г/дм3 при температуре 80 °С. - Вторая стадия должна обеспечить максимально низкое содержание фтора в углеродистом остатке. В качестве такого реагента выбран слабокислотный раствор щавелевой кислоты, которая позволяет перевести в раствор фтор, содержащийся в виде CaF2 и NaF. |
а) Для осаждения криолита необходимо использовать раствор плавиковой кислоты. б) Для утилизации обесфторенного углеродсодержащего остатка предлагается его прессование.
|
4 Высокотемпературный обжиг фторуглеродсодержащих отходов с термической нейтрализацией углеродистых соединений и пирогидролизом фторидов. Отходы в виде водной суспензии сжигаются в циклонной топочной камере при 1 400-1 500 °С. При этом углеродсоставляющие отходов (углерод, смолистые) сгорают, выделяя дополнительное тепло, фториды взаимодействуют с водяным паром с образованием фтористого водорода, а прочие составляющие плавятся совместно с нелетучими продуктами пирогидролиза фторидов |
Вопросы улавливания фторсодержащих газов требуют дополнительных исследований |
5 Переработка пыли и шлама газоочистки варкой в плавиковой кислоте, совмещенной с флотацией углеродистых частиц. Сущность процесса заключается в последовательной обработке пыли и шлама газоочистки плавиковой кислотой и кальцинированной содой. При этом плавиковая кислота взаимодействует с оксидами алюминия, входящими в состав отходов, с образованием фторалюминиевой кислоты. Криолит образуется в результате нейтрализации полученной фторалюминиевой кислоты содовым раствором. |
а) Образование криолита сопровождается выделением углекислого газа во всем объеме пульпы, что приводит к флотации углерода и выносу его из реактора. б) Взаимодействие оксидов алюминия с плавиковой кислотой позволяет разрушить спекшиеся частицы углерода, криолита и глинозема, что способствует более качественному разделению частиц криолита и углерода. в) Данная технология может быть реализована и на алюминиевом, и на криолитовом заводе |