Добавил:
ivanov666
Опубликованный материал нарушает ваши авторские права? Сообщите нам.
Вуз:
Предмет:
Файл:Комплексное использование сырья и отходов алюминия и магния. Ч.1. Курс лекций
.pdf
рассола за счет своей высокой энергоемкости делает такой метод
переработки шлака экономически неэффективным, поскольку
объем раствора, образующегося при выщелачивании, достигает
10 м3 на тонну шлака.
В 1980-х годах на Мценском заводе Вторцветмет также попытались решить задачу комплексной переработки солевых
алюминиевых шлаков методом выщелачивания с последующим
выпариванием рассола. При этом было применено обезвоживание раствора в аппарате кипящего слоя. В результате этого процесса получался очень удобный для хранения и использования
не слеживающийся и легкоплавкий гранулированный оборотный флюс. Однако экономическая эффективность переработки
шлака осталась отрицательной.
В начале 1990-х гг. при участии института «ГосНИИХлорПроект» для Подольского завода цветных металлов был разработан еще один вариант цеха безотходной переработки солевого
шлака, рассчитанного на утилизацию всего объема отходов данного предприятия. Этот оригинальный проект предусматривал
улавливание и нейтрализацию всех выделяющихся токсичных
газов с выпуском товарного хлорида аммония; использование
конденсата от выпаривания рассола для выщелачивания новых
порций шлака; возврат в производство оборотного флюса и крупных корольков алюминиевого сплава; получение товарного оксихлорида алюминия из мелкодисперсного металла и части содержащегося в шлаке глинозема; использование нерастворимых
неметаллических примесей в качестве глиноземсодержащих добавок при производстве стройматериалов.
Однако главная задача – обеспечение экономической эффективности процесса – так и не была решена. В результате разработки экономического раздела проекта стало очевидно, что
энергоемкость упаривания раствора солей сводит на нет все преимущества данной технологии, и преодолеть это препятствие
можно только путем использования для этой цели тепла отходящих газов плавильных печей. Но конструктивно решить эту
проблему в те годы не удалось [16].
В настоящее время разработан ряд новых, более эффективных
вариантов выделения хлоридов калия и натрия или других товарных продуктов из растворов, полученных при выщелачива-
41
нии солевых шлаков. Так, германская фирма Metallwarenfabrik
Stokach (MST) разработала совместно с фирмой Sulzez Escher
Wiss (EW) и внедрила в эксплуатацию установку для перера-
ботки солевых шлаков, на которой происходит регенерация или
восстановление солевого флюса и конденсата вторичного пара.
Отличительные особенности этой установки – четыре ступени
испарения в вакууме и использование центрифуги для отделения солей. Полученные соли имеют влажность менее 2% и пригодны для повторного использования при переплавке алюминиевых отходов [10–15].
С целью дальнейшего исследования возможных вариантов
регенерации солей из растворов, полученных при выщелачивании алюминиевых шлаков, в Институте космических исследований университета штата Теннеси (University of Tennessee Space
Institute – UTSI, США) было изучено превращение растворов,
насыщенных хлоридами, в продукт, содержащий карбонаты и
бикарбонаты. Эта работа основана на идее рекарбонизации или
повышения содержания в воде свободной углекислоты с целью
предотвращения распада бикарбоната кальция и образования
отложений СаСО3, а также и дехлорирования широко известных
и имеющихся в продаже слабоосновных анионообменных смол.
Применяемая технология аналогична используемой для смягчения воды при удалении накипи в бойлерах. Процесс регенерации солей из алюминиевых шлаков по этому методу позволяет
получать товарные продукты (соду и поташ) в сухом виде и раствор хлорида кальция, продажа которых может обеспечить получение около 74 долларов чистой прибыли на 1 т переработанного шлака.
Большой интерес вызывают также разработки американской
компании Alumitech, которая применила метод электродиализа,
т.е. изменения концентрации электролита в растворе под действием электрического тока для повышения концентрации солевого раствора перед кристаллизацией оборотного флюса. При
этом важно отметить, что на создание новой технологии компания Alumitech получила государственный грант в сумме 400 тысяч долларов.
Можно констатировать, что новые методы безотходной переработки солевых алюминиевых шлаков достаточно сложны. Для
42
реализации любого из них необходимо построить целый завод
со своей технологией, дорогостоящим оборудованием, автоматизированным управлением параметрами процесса. И для отдельных предприятий, перерабатывающих лом и отходы алюминия, при относительно малых объемах шлакообразования
(500–3000 тонн в год) приобретение современной установки
по глубокой переработке шлаков вряд ли будет возможным и
экономически оправданным. В связи с этим напрашивается вывод о необходимости создания в России крупных производств
по централизованной переработке алюминиевых солевых шлаков, имеющих достаточно большую мощность (20 тысяч тонн
в год и более). При решении этой задачи не обойтись без объединения усилий крупных предприятий подотрасли и государственных органов. Совет промышленных предприятий вторичной
цветной металлургии готов взять на себя роль центра, координирующего действия предприятий подотрасли в этом направлении.
Учитывая исключительную важность данной проблемы как
в экологическом, так и в ресурсосберегающем аспектах Совет
промышленных предприятий вторичной цветной металлургии
может разработать и реализовать комплексную целевую программу формирования общероссийской системы переработки солевых шлаков [10–16].
43
ЛЕКЦИЯ 6. МЕТАЛЛУРГИЯ ВТОРИЧНОГО
АЛЮМИНИЕВОГО СЫРЬЯ
Металлический лом и отходы являются основным сырьем
вторичной металлургии алюминия. Они отличаются по химическому составу и содержат различные примеси: оксиды алюминия и различных металлов, масло, влагу, землистый засор.
Влага и масло удаляются из стружки безокислительным нагревом на установке «Интал». Обрезь профиля, листа, проволоки и высечку пакетируют на пресс-пакете марки Б–132. Крупногабаритный промышленный и бытовой лом режут на куски,
пригодные для загрузки в печь.
Сортировку на литейные и деформированные сплавы производят в основном ручным способом. Из механических методов наиболее перспективным является способ разделения
в тяжелых средах с применением, например, колесных тяжелосредных сепараторов СК–12. Тяжелые металлы переходят
в осадок, а алюминиевые сплавы всплывают на поверхность
суспензии.
Из вторичного алюминиевого сырья приготавливают сплавы
трех типов: литейные, деформированные и раскислители.
По химическому составу литейные и деформированные почти
идентичны сплавам из первичного алюминия. Наиболее вредные
примеси во вторичных сплавах – железо и цинк.
Сплавы-раскислители – это наиболее «грязные» сплавы, и поэтому их используют для раскислителей сталей.
Для плавки алюминиевого лома и отходов применяют печи
разных конструкций: пламенные отражательные, шахтные, вращающиеся короткобарабанные и индукционные. Каждая из них
приспособлена для плавки определенного вида сырья. Это объясняется в основном стремлением уменьшить загрязнение алюминиевых сплавов железом, снизить потери металла на угар и механизировать основные технологические операции.
Использование вторичного сырья позволяет улучшить сырьевой баланс страны. На получение сплавов из вторичного алюминия расходуется в 20 раз меньше электроэнергии, чем на электролиз. Примерно в два раза ниже капитальные затраты. Кроме
того, цена первичных сплавов на 4–5% выше, чем вторичных.
44
Наконец, вторичная металлургия алюминия экологически менее опасна, чем получение металла электролизом расплавленных солей.
6.1. Плавка в отражательной печи
Наиболее распространены и универсальны пламенные отражательные печи. В них можно плавить практически любое
сырье: стружку, самолетный, кусковой лом с железными приделками и др. Высокая производительность, простота обслуживания, большая емкость сделали отражательные печи основными плавильными агрегатами в отрасли.
Пламенные отражательные печи бывают трех видов: одно-,
двух- и трехкамерные. Чаще других применяют двухкамерные,
сочетающие функции плавильного агрегата и миксера, предназначенного для корректировки химического состава и хранения
металла на период разливки. На этих печах выплавляют около
80% алюминиевых сплавов. Схема двухкамерной отражательной печи представлена на рис. 6.1.
Производительность отражательной печи по готовой продукции составляет 90 тонн в сутки.
К недостаткам пламенных отражательных печей следует отнести сравнительно низкий тепловой КПД, периодичность ведения процесса, относительно высокие безвозвратные потери
металла, выброс в атмосферу пылевидной фракции (хлориды,
оксиды).
На некоторых зарубежных заводах лом и отходы переплавляют в шахтных печах. Эти печи имеют более высокий тепловой
КПД в значительной мере потому, что загруженная шихта прогревается в шахте отходящими газами. Плавка ведется непрерывно. При этом исключается вероятность перегрева металла,
так как расплавленный металл стекает на наклонный под и выходит из зоны прямого воздействия пламени горелок. Этим объясняется также низкий угар металла, меньшая насыщенность
его оксидами и растворенным газом.
В печь можно загружать крупногабаритную шихту без сушки
(влажную) объемом до 10 м3 за одну завалку, что существенно
повышает производительность труда.
45
Рис. 6.1. Двухкамерная отражательная печь (противоточная):
1 – плавильная камера; 2 – копильник; 3 – переточное окно;
4 – дымовое окно; 5 – свод; 6 – горелка плавильной камеры;
7 – горелка копильника; 8 – передняя стенка; 9 – ванна
плавильной камеры; 10 – ванна копильника; 11 – горелочная
стенка; 12 – откос; 13 – стойка каркаса; 14 – междукамерный
холодильник; 15 – задняя стенка; 16 – переточная летка;
17 – выпускная летка; 18 – свод копильника: 19 – форкамера;
20 – порог; 21 – заслонка
6.2. Плавка в индукционной печи
По конструкции индукционные электрические печи промышленной частоты разделяют на две основные группы: канальные
с железным сердечником и тигельные. На отечественных заводах по переработке вторичного алюминиевого сырья чаще используют канальные индукционные печи, как на рис. 6.2.
Принцип индукционного нагрева заключается в преобразовании энергии электрического поля, поглощаемой электропровод-
46
ным нагреваемым объектом, в тепловую энергию. Такой принцип нагрева дает возможность:
– передать электрическую энергию индуктора в нагреваемый
объект, не прибегая к контактам;
– выделить тепло непосредственно в нагреваемом объекте,
в результате чего использование тепловой энергии оказывается
наиболее совершенным и скорость нагрева значительно увеличивается (по сравнению с печами с внешним источником тока).
Рис. 6.2. Индукционная канальная печь: 1 – подовый камень;
2 – U-образный канал; 3 – индуктор;
4 – плавильное пространство
47
Канальная индукционная печь по принципу действия представляет своеобразный тип трансформатора, вторичной обмоткой которого служит U-образный канал в футеровке
подового камня, заполненный металлом. Первичная обмотка –
медная трубка в виде спирали, охлаждаемая проточной водой.
U-образный канал охватывает спираль первичной обмотки. Внутри спирали помещается железный стержень – магнитопровод.
Переменный ток, проходя по первичной обмотке, образует вокруг себя и вторичной обмотки переменное магнитное поле, создающее в канале ЭДС индукции. Ток, возникший в канале, нагревает находящийся в нем металл и вследствие его циркуляции
нагревает весь металл в печи.
Индукционные канальные печи имеют следующие преимущества:
– невысокие потери металла на угар;
– возможность плавки без флюса;
– высокие тепловой КПД (70%) и производительность.
К недостаткам следует отнести:
– необходимость остатка в печи металла от предыдущей плав-
ки, что затрудняет переход на плавку сплава, отличного по химическому составу от предыдущего;
– запрет на плавку лома с железными приделками;
– зарастание каналов вследствие осаждения оксидов алюми-
ния на внутренних их стенках и поэтому – снижение интенсивности циркуляции металла в ванне.
Индукционная тигельная печь. Индукционные тигельные
печи промышленной частоты также работают по принципу
трансформатора. Первичной обмоткой здесь является трубчатый
охлаждаемый проточной водой индуктор, окружающий тигель
печи. Вторичная обмотка – это металл в тигле (рис. 6.3).
Первичная катушка с внешней стороны скреплена системой колонн-магнитопроводов, которые концентрируют индуктируемое
первичной катушкой магнитное поле. Магнитопроводы предотвращают неконтролируемый нагрев кожуха печи вихревыми токами.
Для компенсации индуктивного реактивного тока между обеими печными фазами устанавливают батарею конденсаторов,
предназначенных для повышения и выравнивания колеблющегося во время работы печи соsj.
48
Рис. 6.3. Индукционная тигельная печь: 1 – тигель;
2 – индуктор; 3 – подина; 4 – каркас; 5 – гидравлические
цилиндры; 6 – ось поворота печи; 7 – сигнализатор тока
утечки
Индукционные тигельные печи промышленной частоты чаще
всего строят на емкость ванны до 6,0 т. Преимущества тигельных индукционных печей промышленной частоты:
– низкие потери металла на угар;
– высокий тепловой КПД;
– допускается плавка без флюса или, по крайней мере, с ми-
нимальным его количеством.
Недостатки такие же, как и у канальной индукционной печи:
– недопустимость плавки сырья с железными приделками;
– необходимость наличия в тигле остатка металла от преды-
дущей плавки.
49
6.3. Плавильный комплекс «Мульти Мелтер»
На некоторых зарубежных заводах лом и отходы переплавля-
ют в плавильных комплексах типа «Мульти Мелтер».
В настоящее время большинство отражательных печей морально и физически устарели, и их заменяют на плавильный
комплекс «Мульти Мелтер» немецкой фирмы Jasper GmbH.
Плавильный комплекс «Мульти Мелтер» имеет повышенные
технико-экономические и экологические параметры.
Плавильный комплекс «Мульти Мелтер» предназначен для
изготовления качественных литейных сплавов в чушках и слитках из алюминиевого лома и стружки. Он состоит из следующих
узлов и агрегатов:
– двухкамерная стационарная отражательная печь с цельно-
металлическим кожухом, которая работает на природном газе;
– электромагнитный насос с выносным «карманом» для пере-
мешивания металла и плавки стружки с мелким ломом, присоединенный к печи;
– два наклоняемых миксера с цельнометаллическими кожу-
хами для корректировки состава и разливки металла, которые
отапливаются природным газом;
– две ленточные разливочные машины с полуавтоматически-
ми устройствами заливки металла в изложницы.
Плавка сырья в печи и обработка металла в миксерах производится без применения покровных флюсов, что позволяет исключить образование отвальных солевых шлаков. Все образующиеся отходы производства имеют коммерческую ценность и
либо продаются на сторону, либо используются на предприятии.
6.4. Практика плавки алюминиевых отходов
и лома
Технология переработки солевых отходов должна быть комплексной, безотходной, рентабельной, а также иметь низкие
капитальные вложения. Для создания такой технологии нами
изучен механизм образования солевого шлака в лабораторных и
заводских условиях, предложена принципиальная схема переработки (рис. 6.4), найдены оптимальные условия дробления,
измельчения, выщелачивания и испарения. Солевая часть, со-
50
Соседние файлы в предмете [НЕСОРТИРОВАННОЕ]