книги из ГПНТБ / Эйдензон М.А. Металлургия магния и других легких металлов учеб. пособие

с прочими отходящими газами, затем поглощается водой и нейтрализуется так, как это описано выше.

того, исключается необходимость разложения гипохлорита, который образуется при непосредственной очистке отходящего газа от хлора известью. При исполь­ зовании горячих отходящих газов вместо воздуха несколько уменьшается расход топлива на обезвоживание карналлита.

Согласно санитарным нормам, сточные воды перед выпуском в открытые водоемы должны быть очищены от взвешенных твердых веществ, свободной кис­ лоты и гипохлорита. Нейтрализация кислых вод основана на взаимодействии соляной кислоты с известняком и известью:

из обжиговой печи размалывают в шаровой мельнице, куда также добавляют воду. Известняковую пульпу подают в мешалку, в которую поступает кислая сточная вода. Частично нейтрализованную воду после отделения от иее твердого осадка окончательно нейтрализуют известковым молоком и выпускают в водоем.

Существующие методы очистки отходящих газов и особенно сточных вод достаточно сложны и далеко не совершенны. В нейтрализованных сточных водах содержится большое количество хлористого кальция, который загрязняет водо­ емы. Ценные вещества из отходящих газов (хлор, хлористый водород, хлористые соли) не всегда используются, при этом еще затрачиваются большие материаль­ ные средства на очистку газов и сточных вод. Поэтому разработка и внедрение более рациональных методов очистки отходящих газов и сточных вод, а также других отходов производства с комплексным использованием содержащихся в них веществ остаются весьма актуальными задачами.

Одним из примеров решения этой проблемы является нейтрализация соляно­ кислых стоков газоочистки с рециркуляционным орошением шламами магниевого производства. Соляная кислота нейтрализуется окисью магния, которая содер­ жится в шламах, и дополнительно вводимой в процесс технической окисью магния («каустическим» магнезитом). Получаемые концентрированные растворы хлоридов магния, калия и натрия с примесью хлорида кальция используются в основном цикле производства. Применение такой схемы почти полностью исключает сброс засоленных сточных вод в водоемы. Кроме того, для обессоливания сточных вод могут быть использованы ионообменные процессы.

Г Л А В А X I I

ОСНОВЫ ПРОМЫШЛЕННОЙ САНИТАРИИ

ИТЕХНИКИ БЕЗОПАСНОСТИ

ВПРОИЗВОДСТВЕ МАГНИЯ

Промышленное получение магния и других рассмотренных в этой книге легких металлов относится к категории относительно вред­ ных производств с повышенной опасностью профессиональных за­ болеваний и травматизма.

Разработка и внедрение в промышленность таких технологи­ ческих процессов, конструкций машин и аппаратов, которые исключают возможность травматизма и выделение вредных ве­

151

ществ в рабочую зону производственных помещений, комплексная механизация и автоматизация технологических процессов —это главные пути уменьшения, а затем и полной ликвидации травма­ тизма и профессиональных заболеваний. В этих направлениях в последние годы сделано много (см. главы IV, VIII, X), однако полностью опасность производственного травматизма еще не устра­ нена.

Советское законодательство обязывает руководителей предпри­ ятий обеспечивать все необходимые условия безопасной работы, разрабатывать правила безопасного ведения всех производствен­ ных операций и правильной организации рабочего места.

На магниевых заводах существуют подробные обязательные правила и инструкции по охране труда и технике безопасности для каждого производственного участка и рабочего места. Основы промышленной санитарии и техники безопасности изложены в спе­ циальных руководствах и официальных документах 1' 2'1 3’ 4.

Ниже излагаются некоторые основные требования промышлен­ ной санитарии и техники безопасности применительно к. условиям производства магния. Основные требования промышленной сани­ тарии и техники безопасности в производстве других легких ме­ таллов приведены ниже (см. с. 198).

1. ВЕНТИЛЯЦИЯ ПРОИЗВОДСТВЕННЫХ ПОМЕЩЕНИЙ И РАБОЧИХ МЕСТ

В производстве магния возможно выделение вредных газов в атмосферу цехов, например хлора и хлористого водорода в карналлитовом, хлор-магниевом и электролизном цехах, окиси угле­ рода— из шахтных печей и топок вращающихся печей, серни­ стого газа — из плавильных печей и др. В производстве брикетов из порошков, при размоле отработанного электролита и проведе­ нии ряда ремонтно-вспомогательных работ возможно выделение угольной, соляной и другой пыли.

Согласно действующим правилам и нормам, содержание вред­ ных веществ в воздухе рабочей зоны производственных помещений не должно превышать: хлора 1 мг/м3, хлористого водорода 5 мг/м3, окиси углерода 20 мг/м3, сернистого газа 10 мг/м3. Содержание пыли при концентрации в ней двуокиси кремния от 10 до 70% допускается не более 2 мг/м3 воздуха рабочей зоны производствен­ ных помещений.

4 Правила по технике безопасности и промышленной санитарии при проекти­

ровании и эксплуатации заводов по производству магния. М., Металлургнздат, 1957. 59 с.

152

, Электролизный и другие Цехи магниевого завода оборудованы системами приточно-вытяжной вентиляции, которая в сочетании с естественной аэрацией помещений обеспечивает необходимый воздухообмен. Отдельные узлы аппаратуры, где возможно и веро­ ятно выделение вредных газов и пыли в атмосферу цеха, например рабочее пространство электролизеров, летки шахтных печей и электрических печей для плавки карналлита и др., оборудованы местными и специальными отсосами вредных газов.

Надзор за работой и своевременное регулирование и ремонт всех вентиляционных устройств — такая же важная функция обслуживающего персонала, как и выполнение требований техно­ логического режима и наблюдение за исправностью основных тех­ нологических аппаратов. Люди, работающие в помещениях, в ко­ торых возможно внезапное выделение вредных газов, должны иметь при себе противогаз и уметь им пользоваться. Ремонт внутри аппаратов, в которых возможно скопление газов (хлорные фильтры, шахтные печи, газоотводные каналы, скрубберы и т. п.), следует обязательно проводить с надетым противогазом или, если это необходимо,, с кислородным прибором.

Все работы с повышенной опасностью оформляются специаль­ ными допусками или нарядами. При выполнении этих работ обя­ зательны план организации работ или мероприятия по технике безопасности, которые записывают в наряд-допуск.

2.ПРЕДУПРЕЖДЕНИЕ ОЖОГОВ

Расплавленные соли и магний при попадании даже на неболь­ шие участки кожи вызывают тяжелые, долго не заживающие ожоги. При ожогах значительной части кожного покрова последствия могут быть еще более тяжелыми. Для предупреждения ожогов необходимо выполнять следующие основные правила:

1)обязательно работать в установленной для данного произ­ водства спецодежде и при необходимости надевать защитные очки или маску;

2)во избежание выбросов расплава не загружать в него влаж­ ные материалы, не допускать прямого попадания воды в электро­ лизеры и печи; инструменты и приспособления перед погружением

врасплав тщательно подогревать;

3)при перевозке расплавов в открытых ковшах или тиглях

не наполнять эти емкости до верха на 150—200 мм; не расплески­ вать расплавы и не становиться под ковшом (тиглем и др.) при перевозке его мостовым краном.3

3.ПРЕДУПРЕЖДЕНИЕ ПОРАЖЕНИЯ

э л е к т р и ч е с к и м т о к о м

Перепад напряжения между крайними электролизерами серии обычно составляет 500—800 В. Человек может быть поражен элек­ трическим током при прикосновении к неогражденным то'коведущнм (шинопровод, электроды) и другим элементам установки

153

(хлоропроводы, воздуховоды), если эти элементы вследствие на­ рушения электронзоляции или других неисправностей оказываются под высоким напряжением и неизолированными от земли.

Для предупреждения поражений людей постоянным током в электролизных цехах настилают полы из непроводящих материа­ лов (клинкер, асфальт); кожухи электролизеров и ошиновку, строительные конструкции, стены, фундаменты, а также мостовые краны изолируют от земли; стены выкладывают на высоту 3 м изолирующими плитками. Участки хлоропроводов и газоходов, примыкающие к электролизерам, делают из токонепроводящих материалов (керамика, асбест), а на металлических трубопроводах делают электроизоляционные разрывы.

Главное для безопасной работы в электролизных цехах — соблюдать установленные специальные правила электробезопас­ ности и систематически наблюдать за исправностью всех изоли­ рующих элементов оборудования и здания. Хлорид магния гигро­ скопичен. Все конструкции, покрытые влажным хлоридом магния, становятся, несмотря на изоляцию, проводящими элек­ трический ток. Соблюдение чистоты в цехе и предотвращение по­ падания влаги в цех обеспечивают сохранность изоляции и повы­ шают надежность ее действия. Состояние изоляции необходимо периодически контролировать, измеряя электрическое сопротив­ ление участков между отдельными элементами электролизера и землей. При обнаружении замыканий на землю или снижения сопротивления против установленных норм следует временно прекратить доступ людей к опасной зоне и немедленно устранить неисправности.

При работе на электропечах (СКН, хлораторы и др.) опасно касаться руками или металлическим инструментом ошиновки и электродов, а также шуровать расплавленный карналлит вблизи электрода. Поэтому все производственные операции, при которых не исключена возможность прикосновения к- токоведущим частям (перемешивание расплава, переливка его из одного отделения в другое с помощью сжатого воздуха, чистка и ремонт аппаратов, а также слив расплава), следует проводить при отключенных

ОСНОВЫ ЭКОНОМИКИ ПРОИЗВОДСТВА

МАГНИЯ ЭЛЕКТРОЛИЗОМ

Суммарный эффект от внедрения технических усовершенствований в промышленность может быть выражен только в форме экономи­ ческих показателей. Такими показателями являются уровень про­ изводительности труда, себестоимость продукции, выход про­ дукции (в натуральном или ценностном выражении) на единицу

154

капитальных затрат или производственных фондов. Подробный анализ различных сторон экономики производства является содер­ жанием специальной учебной дисциплины «Экономика цветной металлургии». В этой главе рассматривается только одна сторона проблемы, а именно себестоимость магния и ее зависимость от технического уровня производства. В связи с этим целесообразно сначала рассмотреть основные направления развития техники про­ изводства магния.

1. ОСНОВНЫЕ НАПРАВЛЕНИЯ ТЕХНИЧЕСКОГО ПРОГРЕССА *2

За время существования магниевой промышленности СССР

производительность основных аппаратов для обезвоживания кар­ наллита возросла более чем в 20 раз, производительность электро­ лизера — почти в 8 раз, а электролизной серии — более чем

в25 раз. Удельный расход энергии за тот же период уменьшился

вдва раза.

Современный этап технического развития магниевой промыш­ ленности характеризуется тенденцией к перестройке всех техно­ логических процессов на основе комплексной механизации и авто­ матизации. Разумеется, это не может быть достигнуто на основе старой техники, а требуется коренное усовершенствование техно­ логических процессов и конструкций оборудования. Конкретные примеры решения этой задачи на отдельных переделах производ­ ства магния приведены в предыдущих главах книги. Ниже рас­ смотрены основные пути дальнейшего технического развития от­ дельных стадий производства магния электролизом.

з о в а н и я в т о р и ч н ы х х л о р - м а г н и е в ы х р а с ­ т в о р о в . Существующий способ использования таких растворов для получения обогащенного карналлита с последующим обез­ воживанием последнего, как отмечалось выше (см. с. 19), нельзя признать совершенным. Большие ресурсы хлор-магниевых рас­ творов и перспектива увеличения их выпуска в связи с развитием ряда производств, где такие растворы получаются как отходы, вынуждают изыскивать более дешевые рациональные способы использования этого вида сырья для получения магния и хлора. Предложены и исследуются следующие способы обезвоживания

155

твора MgCl2 и окончательного обезвоживания кристаллогидратов расплавлением в отработанном электролите магниевых ванн при 500° С и перегреве (с одновременным хлорированием) до 700— 750° С. В результате может быть получен расплав, примерно от­ вечающий по составу безводному карналлиту.

2. Обезвоживание смеси растворов MgCl2 и NH4C1, в резуль­ тате чего получают NH4C1 -MgCla-OHaO, — так называемый ам­ мониевый карналлит. Последний при нагревании обезвоживается практически без гидролиза и далее разлагается на NH4C1, исполь­ зуемый повторно, и твердый безводный MgCl2 — высококачествен­

магниевых заводов, которые расположены в районах месторожде­ ния природного карналлита, наиболее целесообразно использо­ вание обогащенного карналлита, получаемого перекристаллиза­ цией природного. Весьма перспективным направлением дальней­ шего развития технологии обезвоживания карналлита является разработка одностадийного способа получения твердого малогидрализованного безводного карналлита. Решение этой проблемы поз­ волило бы отказаться от дорогого, энергоемкого передела второй стадии обезвоживания карналлита и открыло бы возможность дальнейшей рационализации технологической схемы электролиза

(см. с. 159).

Вместе с тем пока еще остаются актуальными проблемы, свя­ занные с усовершенствованием технологии окончательного обез­ воживания карналлита: разработка конструкции более произво­ дительных печей (хлораторов) непрерывного действия, уменьше­ ние удельного расхода хлора.

Электролиз

Н о в ы е к о н с т р у к ц и и э л е к т р о л и з е р о в . Воз­ можности дальнейшего улучшения технико-экономических по­ казателей диафрагменных электролизеров в значительной сте­ пени уже исчерпаны. Необходимость извлечения металла и шлама из нескольких ячеек затрудняет механизацию обслу­ живания электролизеров и их герметизацию. Полезное ис­ пользование объема ванны (катод имеет только одну рабочую по­ верхность) в таких электролизерах низкое. Это и другие недо­ статки в значительной мере устранены в бездиафрагменных элек­ тролизерах (см. с. 76). Вследствие увеличения общей рабочей поверхности катодов объемная плотность тока в них на 30—40% выше, а плотность тока на электродах в такой же степени ниже, чем на диафрагменных. В результате удельный расход энергии уменьшается до 12,5—13,0 кВт-ч/кг при одновременном увеличе­ нии съема металла с 1 м2 пода более чем на 25% (см. табл. 9). В бездиафрагменных электролизерах лучшие условия для меха­ низации обслуживания и автоматизации контроля.

156

Опытно-промышленные испытания бездиафрагменныХ элек­ тролизеров различных типов (с верхним и нижним вводом анодов,

сразличным взаимным расположением рабочих и сборных ячеек

идр.) показали целесообразность их широкого промышленного внедрения.

Н о в ы е с о с т а в ы э л е к т р о л и т а . Имеются сведения об опытно-промышленной проверке электролиза с применением электролитов, содержащих хлорид лития. Такие электролиты от­ личаются малой плотностью и высокой электропроводностью. На­ пример, плотность электролита, содержащего 13% MgCl2 и 87% LiCl, при 720—780° С составляет 1,472 г/см3, т. е. примерно на 0,1 г/см3 меньше плотности жидкого магния (при тех же темпера­ турах). Электропроводность. такого электролита 6,712 Ом-1 X X см-1, т. е. почти в три раза больше наиболее электропроводного из применяемых обычно электролитов L Исследованием 123свойств электролитов тройной системы MgCl2—NaCl—LiCl установлено, что эти электролиты менее плотные, чем жидкий магний; содержат

10—20% MgCl2, более 55% LiCl и менее 30% NaCl. Электропро­ водность таких расплавов при 700 и 800°,С соответственно 4,5— 5,4 и 4,8—6,2 Ом_1-см-1.

Применение «легких» литиевых электролитов позволяет про­ водить электролиз со сбором магния на подине электролизера, что должно уменьшить потери металла от воссоединения с хлором и вследствие других побочных процессов. Но главное преимуще­ ство таких электролитов — это их высокая электропроводность, что позйоляет увеличить силу тока, не изменяя размеров электро­ лизера, и уменьшить удельный расход энергии.

П о т о ч н а я л и н и я из э л е к т р о л и з е р о в 3. Не­ смотря на известные успехи в области механизации отдельных трудоемких операций, существующая технология, основанная на индивидуальном обслуживании электролизеров, не позволяет су­ щественно механизировать, а тем более автоматизировать в целом технологический передел электролиза.

Перспективным направлением в решении этой проблемы яв­ ляется поточная линия для получения магния, основанная на групповом обслуживании агрегатов с централизованным пита­ нием ванн сырьем и удалением из них продуктов электролиза. Примерная схема такой линии приведена на рис. 54. Линия со­ стоит из последовательно соединенных головного миксера, рафи­ нировочных и продукционных проточных электролизеров и мик­ сера-сепаратора.

Расплав для электролиза готовят в головном миксере, куда поступает отработанный электролит из миксера-сепаратора и рас­

157

плавленный безводный карналлит из печи второй стадии обезво­ живания. Головной миксер состоит из двух камер: в первой обо­ ротный отработанный электролит смешивается с безводным карнал­ литом, а во второй полученный расплав очищается отстаиванием от окиси магния и других твердых примесей. Из.миксера расплав поступает в рафинировочные электролизеры, в которых происходят электрохимическая очистка от примесей и дальнейшее их осажде­ ние. Очищенный расплав последовательно перетекает через все продукционные электролизеры, а оттуда вместе с магнием попа­

таиный электролит

Рис. 54. Схема поточной линии для получения магния электролизом:

1 — головной миксер; 2 — рафинировочный электролизер; 3 — продукционный электро­ лизер; 4 — транспортный канал; 5 — соединительный канал; 6 — миксер-сепаратор; 7 — насос для перекачивания оборотного электролита; 5 — приемный капал для оборот­ ного электролита

Большая часть отработанного электролита перекачивается в го­ ловной миксер, а остальная его масса используется в обычном порядке.

Испытания такой линии в заводских условиях показали ее работоспособность и возможность существенного улучшения тех­ нико-экономических показателей. Благодаря улучшению условий работы электролизеров (питание рафинированным сырьем, опти­ мальные и стабильные температура электролита и концентрация MgCl2 в нем) выход по току увеличился на 3—4%.

Подобная (в принципе отличающаяся в деталях технологии и конструкции аппаратов) система из печей (плавильной, загру­ зочной и разделительной) и электролизеров используется на одном из титано-магниевых заводов в США Г Исходное сырье — воз­ вратный хлорид магния, электролит высокоэлектропроводный: 50% LiCl, 5% NaCl, 20% CaCi2, 15% MgCl2.1

1 L o v e F. Пат. (США), № 3418223, 1968 [РЖХим, 1970, 6Л413].

158

Наибольший эффект при работе поточной линии электролизе­ ров может быть, по-видимому, достигнут при питании сыпучим твердым безводным карналлитом. Отметим, что твердый карнал­ лит должен быть практически безводный и малогидролизованный. Применение карналлита с содержанием 3% Н 20 и 2% MgO, как показало исследование \ приводит к расстройству процесса, ухуд­ шению технологических показателей и преждевременному износу аппаратов.

Рафинирование магния, литье магния

иего сплавов

Впоследние годы достигнут большой прогресс в технике полу­ чения технически чистого магния, а также магния и некоторых магниевых сплавов повышенной чистоты. Прогрессивной является тенденция к организации производства на магниевых заводах, заводах полуфабрикатов или готовых изделий, например проте-

кторов из магниевого сплава повышенной чистоты (см. с. 192). Перспективно получение слитков из магния или его сплавов ме­ тодом непрерывного горизонтального литья, разработанного и испытанного на одном из заводов (рис. 55) 2'1 3. Основная часть установки — металлоприемник и соединенный с ним горизон­ тальный кристаллизатор цилиндрического сечения, охлаждае­ мый проточной водой. Магний из печи перекачивается насосом

159

в приемник, а оттуда поступает в кристаллизатор. Из последнего металл вытягивается парой роликов в форме цилиндрического слитка, от которого отрезают заготовки необходимого размера. Не­ прерывное горизонтальное литье отличается простотой, удобством обслуживания агрегата, возможностью полной автоматизации кон­ троля и управления.

Одной из первостепенных задач остается создание высокопро­ изводительных бестигельных печей непрерывного действия для получения магниевых сплавов. Такие печи должны заменить при­ меняемые до последнего времени шахтные тигельные печи и в бу­ дущем стать одним из звеньев поточного производства магниевых сплавов.

Поточные линии в литейном переделе магниевого производства могут состоять из отдельных уже освоенных или разрабатываемых звеньев, например ПНР, КЭН, литейный и плавильный конвейеры, механизмы для клеймения, штабелирования и упаковки чушек магния. Возможен и другой вариант поточной линии, выпускаю­ щей в качестве конечной продукции полуфабрикаты или изде­ лия из сплавов. Обязательными звеньями такой линии должны быть непрерывно действующие печи для получения сплавов и литейные машины— автоматы для вертикального или горизон­ тального литья.

Благодаря состоянию механизации и автоматизации техно­ логических процессов на отдельных технологических стадиях элек­ тролитического производства магния и научно-техническим раз­ работкам в этой области имеются реальные предпосылки для ком­ плексной механизации и автоматизации производства магния в целом.

2. СТРУКТУРА И ПУТИ СНИЖЕНИЯ

СЕБЕСТОИМОСТИ МАГНИЯ 1

Себестоимость продукции — это выраженная в денежной форме совокупность затрат на ее производство и реализацию. В себе­ стоимости продукции находят выражение все изменения производ­ ственного процесса, степень использования производственных мощ­ ностей и материальных ресурсов, производительность труда, уро­ вень организации производства и управления, географическое расположение предприятия и другие факторы, определяющие эф­ фективность его работы. Следовательно, себестоимость продукции является обобщающим экономическим показателем, которым можно пользоваться для сравнения эффективности той или иной технологической схемы, например при проектировании, для оценки результатов деятельности различных предприятий, выпускающих одну и ту же продукцию, или для анализа,работы одного предприя­ тия в различные периоды.

1 Параграф написан Э. М. Л ы с е н к е р.

160