Раздел 2. Описание технологических процессов, применяемых в алюминиевой промышленности

Раздел 2. Описание технологических процессов, применяемых в алюминиевой промышленности

2.1 Производство глинозема

Способы производства глинозема из различных видов сырья (минералов), содержащего алюминий, основаны на получении алюминатных растворов и их свойстве самопроизвольно разлагаться при снижении температуры и концентрации на гидроксид алюминия и щелочь. Прокаливая гидроксид алюминия при температуре 1000°C - 1200°C, получают глинозем.

Наиболее широкое применение в промышленности нашел разработанный К. Байером щелочной гидрохимический способ, с помощью которого, как правило, перерабатывают лишь высокосортные бокситы с малым содержанием кремнезема - бокситы с кремниевым модулем (соотношение и по массе) выше 6. После подготовки сырья (дробление и размол боксита) осуществляют его обработку щелочно-алюминатным раствором - процесс выщелачивания, в результате которого из боксита извлекается оксид алюминия, переходящий в раствор с концентрацией 250 - 300 г/л. При этом в осадок выпадают нерастворимые соединения, содержащиеся в боксите, - так называемый красный шлам. Последующие процессы производства связаны с отделением и очисткой алюминатного раствора от красного шлама и промывкой последнего для более полного извлечения алюминатного раствора.

Бокситы с кремниевым модулем ниже 6 и другие виды высококремнистого сырья, пригодного для производства глинозема (нефелины, алуниты, каолины), перерабатывают или по способу спекания, или комбинированному способу - сочетание способа Байера со способом спекания.

Способ спекания основан на термической обработке смеси алюмосиликатной руды с известняком с целью перевода практически всего оксида алюминия из сырья в растворимую форму в спеке (алюминат натрия) и связывании диоксида кремния сырья в нерастворимую форму (двукальциевый# силикат).

Способ Байера - самый экономичный, но его применение ограничивается качеством и количеством боксита; способ спекания является наиболее затратным, но более универсальным и пригоден для любого вида сырья.

На действующих российских предприятиях, выпускающих глинозем, применяются все из перечисленных технологий. На Ачинском глиноземном комбинате и Пикалевском глиноземной заводе ( "Базэл Цемент Пикалево") перерабатывается нефелиновое сырье. Технология производства глинозема, основанная на спекании нефелина с известняком (рисунок 2.1, таблица 2.1), предусматривает компелексную переработку сырья - на глинозем, соду и цемент.

Рисунок 2.1 - Схема производства глинозема способом спекания нефелинов

Рисунок 2.2 - Схема производства глинозема способом Байер-спекания

Шлам, получаемый при выщелачивании спека (нефелиновый шлам), используют для получения цементного клинкера.

Богословский и Уральский алюминиевые заводы перерабатывают отечественные байеровские и спекательные бокситы. Производство глинозема осуществляется по комбинированному способу - параллельная схема Байер-спекания (рисунок 2.2). По способу Байера получают около 80% - 90% глинозема, остальное - по технологии спекания. Ветвь спекания состоит из отделений приготовления шихты (дополнительного к ветви Байера), спекания, размола, выщелачивания спека и отделения алюминатного раствора от осадка шлама. Получаемый в этой ветви алюминатный раствор объединяется с алюминатным раствором из ветви Байера, а усредненный раствор поступает на последующую переработку, включая стадию прокалки гидроксида алюминия в печах кальцинации (таблица 2.2).

Таблица 2.1 - Основные этапы производства глинозема способом спекания нефелинов

Входной поток	Этап процесса (подпроцесс)	Выходной поток	Основное технологическое оборудование	Эмиссии
Нефелин, известняк, вода	Приготовление шихты	Влажная шихта (пульпа)	Дробилки, мельницы	Пыль
Пульпа	Спекание	Спек	Вращающиеся печи	Пыль, , , CO
Спек	Переработка спека	Алюминатный раствор, шлам	Дробилки, мельницы	Пыль, щелочь, шлам
Алюминатный раствор	Переработка алюминатных растворов	Гидроксид алюминия, содовые растворы	Карбонизаторы, декомпозеры, сгустители, автоклавы, фильтры	Щелочь, , , CO
Гидроксид алюминия	Кальцинация	Глинозем	Печи	Пыль, , , CO

Таблица 2.2 - Основные этапы производства глинозема способом Байер-спекания

Входной поток	Этап процесса (подпроцесс)	Выходной поток	Основное технологическое оборудование	Эмиссии
Боксит, известняк, вода, сода	Подготовка шихты к выщелачиванию и спеканию	Влажная шихта (пульпа)	Дробилки, шаровые мельницы	Пыль
Пульпа	Выщелачивание	Алюминатный раствор, шлам	Автоклавные батареи	Щелочь
Шлам	Сгущение и промывка шлама ветвей Байера и спекания (раздельно)	Шлам в отвал	Сгустители, фильтры	Щелочь, шлам
Пульпа	Спекание	Спек	Вращающиеся печи	Пыль, , , CO
Спек	Переработка спека	Алюминатный раствор, шлам (красный)	Дробилки, мельницы	Пыль, щелочь
Алюминатный раствор	Переработка алюминатных растворов (раздельно для каждой ветви)	Очищенный алюминатный раствор (оборотный), гидроксид алюминия	Декомпозеры, сгустители	Щелочь
Гидроксид алюминия	Кальцинация	Глинозем	Печи	Пыль, , , CO

Назначение, описание, технологические характеристики основного и природоохранного оборудования, используемого в процессе производства глинозема, приведены в таблицах 2.3 и 2.4.

Таблица 2.3 - Основное оборудование

Наименование оборудования	Назначение оборудования		Описание
Способ Байер-спекание
Дробилки	Дробление и измельчение сырьевых материалов		Молотковые, щековые, конусные дробилки
Шаровые мельницы	Помол сырьевых материалов и усреднение, приготовление шихты (пульпы) на выщелачивание и на спекание		Вращающиеся мельницы с цилиндрическими стальными обечайками, загруженные мелющими телами (шары)
Автоклавные батареи	Выщелачивание бокситовой пульпы		Герметически закрытые сосуды, работающие под давлением
Сгустители красного шлама	Разделение жидкой и твердой фаз пульпы, уплотнение шлама	Одноярусные и многоярусные сгустители
Декомпозеpы	Разложение алюминатного раствора с выделением из раствора в твердую фазу гидроксида алюминия		Цилиндрические сосуды различных размеров
Печи спекания	Спекание боксито-известняковой шихты		Вращающиеся трубчатые печи
Насосы	Перекачка технологических сред		Центробежные, мембранно-поршневые насосы различных типов
Выпарные батареи	Упаривание технологических растворов		Герметически закрытые сосуды работающие под давлением и вакуумом
Печи кальцинации	Прокалка гидроксида алюминия для получения глинозема		Вращающиеся трубчатые печи, циклонно-вихревые печи
Способ спекания нефелинов
Дробилки	Дробление и измельчение сырьевых материалов		Молотковые, конусные дробилки
Мельницы размола	Помол сырьевых материалов и усреднение, приготовление шихты (пульпы) на спекание		Вращающиеся мельницы с цилиндрическими стальными обечайками, загруженные мелющими телами (шары, цильпебсы)
Печи спекания	Спекание шихты		Вращающиеся трубчатые печи
Насосы	Перекачка технологических сред		Центробежные насосы различных типов
Трубчатые выщелачиватели	Выщелачивание спека		Аппараты непрерывного действия, работающие по принципу противотока
Стержневые мельницы	Выщелачивание и доизмельчение спека		Технологические аппараты с цилиндрическими стальными обечайками, загруженные мелющими телами (стержни)
Автоклавы	Обескремнивание алюминатного раствора		Сварные сосуды со сферическим днищем и крышкой
Однокамерные сгустители	Сгущение твердой фазы		Стальные цилиндроконические резервуары
Декомпозеры	Разложение алюминатного раствора с выделением из раствора в твердую фазу гидроксида алюминия		Цилиндрические сосуды с коническим днищем
Карбонизаторы	Разложение алюминатного раствора с выделением из раствора в твердую фазу гидроксида алюминия		Сосуды цилиндрической формы с конусным днищем сварной конструкции
Печи кальцинации	Прокалка гидроксида алюминия для получения глинозема		Вращающиеся трубчатые печи

Таблица 2.4 - Природоохранное оборудование

Наименование оборудования	Назначение оборудования	Технологические характеристики
Рукавные фильтры	Очистка от пыли сбросного (аспирационного) воздуха от мест пересыпки при транспорте сыпучих материалов (сырье, полупродукты, товарная продукция), при дроблении, сухом измельчении и помоле в цехах приготовления шихты, спекания, кальцинации и обжига известняка	Типы ФРИ и ФРКИ, КПД до 95%, остаточная запыленность до 20
Электрофильтры вертикальные, многосекционные	Очистка отходящих газов печей кальцинации	Однопольные, КПД до 99,7%, остаточная запыленность газов до 200
Пылевая камера	Очистка газов ряда печей спекания (спекание нефелинов)	Запыленность газов на выходе до 100
Электрофильтры горизонтальные	Очистка отходящих газов печей спекания и вращающихся печей обжига известняка	Многопольные (3 - 4 поля), КПД до 99,8%, остаточная запыленность газов до 300
Скруббера мокрые	Очистка отходящих газов печей спекания (комбинированный способ)	КПД 50% - 85%, остаточная запыленность газов до 100

2.2 Производство анодов и анодной массы

В зависимости от типа используемого электролизера в качестве анодных материалов используется анодная масса или предварительно обожженные аноды.

Анодные материалы являются одним из ключевых элементов в технологии электролитического производства алюминия. Угольные аноды или анодную массу для выплавки первичного алюминия, как правило, производят на том же алюминиевом заводе, что и сам металл. Хотя в некоторых случаях их могут производить на отдельных анодных фабриках.

Сырьем для производства анодной массы и анодов служат каменноугольный пек (связующий материал) и нефтяной кокс с низким содержанием зольных примесей (наполнитель). Современное анодное хозяйство представляет собой крупное производство с разветвленной транспортно-технологической схемой и автоматизированной системой управления технологическими процессами.

2.2.1 Производство анодной массы

Общая схема технологического процесса производства анодной массы представлена на рисунке 2.3, а процесс производства описан ниже. Исходный сырой кокс поступает на склад предприятия и по транспортной системе подается на первичное дробление. Далее через систему питания кокс подается в прокалочный агрегат, после которого по системе транспорта прокаленный кокс поступает в бункер запаса. Некоторые предприятия, не имея в своем составе прокалочных печей, осуществляют закупку уже прокаленного кокса. Из бункера прокаленного кокса кокс поступает на сушку, затем на дробление и рассев, после чего полученные сортовые фракции прокаленного кокса подогреваются и направляются в смеситель, где происходит смешение кокса с пеком.

Рисунок 2.3 - Схема технологического процесса производства анодной массы

Пек поступает на предприятие в жидком и (или) твердом виде и после подготовки с помощью дозатора и пекового насоса подается в смеситель. После смесителя через орошаемый водой конвейер и систему транспорта охлажденные брикеты анодной массы поступают на склад готовой продукции.

Количество и качество связующего пека является фактором, определяющим выделение в атмосферу ЗВ. Улавливаемая в системах аспирации и пылеочистки пыль от переделов производства анодной массы возвращается в производство.

Изложенные принципы производства анодной массы не меняются уже много десятилетий. Однако аппаратурное оформление, качество оборудования и принципы управления технологическим процессом постоянно совершенствуются.

В таблице 2.5 представлено описание основных этапов технологического процесса получения анодной массы. Назначение и технологические характеристики основного и природоохранного оборудования, используемого в процессе производства анодной массы, приведены в таблицах 2.6 и 2.7.

Таблица 2.5 - Основные этапы технологического процесса получения анодной массы

Входной поток	Этап процесса (подпроцесс)	Выходной поток	Основное технологическое оборудование	Эмиссии
Кокс нефтяной сырой	Прием, хранение, предварительное дробление	Кокс нефтяной сырой дробленый	Двухвалковая зубчатая дробилка	Пыль кокса
Кокс нефтяной сырой дробленый	Прокалка	Кокс нефтяной прокаленный	Вращающаяся прокалочная печь барабанного типа	Пыль кокса, CO, ,
Кокс нефтяной прокаленный	Дробление, размол, рассев на фракции	Сортовые фракции прокаленного кокса	Дробилка молотковая однороторная. Дробилка двухвалковая. Грохот универсальный. Шаровые барабанные мельницы	Пыль кокса
Сырой прокаленный кокс	Сушка	Сухой прокаленный кокс	Сушильный агрегат	Пыль кокса, CO, ,
Пек гранулированный каменноугольный	Прием, хранение, пекоподготовка	Пек жидкий	Пекоприемники.	Пыль пека, возгоны пека
Пек жидкий каменноугольный	Прием, хранение, пекоподготовка	Пек жидкий	Пекоприемники. Пекоплавители.	Возгоны пека
Сортовые фракции прокаленного кокса, пек жидкий	Дозирование, смешение, формование	Брикеты анодной массы	Весовые дозаторы. Смесители. Формовочное устройство	Пыль кокса, возгоны пека

Таблица 2.6 - Основное оборудование

Наименование оборудования	Назначение оборудования	Технологические характеристики
Двухвалковая зубчатая дробилка, дробилка молотковая однороторная	Дробление сырых и прокаленных коксов	Производительность в зависимости от крупности дробленого материала - 21 - 150 т/ч
Вращающаяся прокалочная печь барабанного типа	Прокаливание сырых коксов	Производительность по прокаленному коксу - 10 т/ч Три зоны термообработки: - сушка - прогрев слоя кокса от 20°C до 400°C; - удаление летучих веществ - нагрев кокса от 400°C до 1000°C; - прокаливание - прогрев слоя кокса до 1250°C
Сушильный агрегат	Сушка прокаленного кокса	Производительность до 20 т
Грохот универсальный, шаровые барабанные мельницы	Механическая сортировка и размол коксовых фракций	Производительность 6 - 30 т/ч
Пекоприемники, пекоплавители	Размещение пека, пекоподготовка	Металлические резервуары различной емкости, обогреваемые паром. Температура пека в пекоприемнике - 140°C - 160°C, в пекоплавителе - 150°C - 190°C
Весовые дозаторы	Дозирование компонентов коксовой пыли и пека	Максимальная производительность: - для прокаленного кокса - 14000 кг/ч; - для жидкого пека - 10000 кг/ч
Смесители непрерывного действия	Смешение пекококсовой композиции	Производительность 6 - 30 т/ч
Формовочное устройство	Получение брикетов анодной массы требуемой формы	Продавливание через экструдер или прохождение специального формовочного устройства и охлаждение "оборотной" водой

Таблица 2.7 - Природоохранное оборудование

Наименование оборудования	Назначение оборудования	Технологические характеристики
Электрофильтр	Улавливание пыли кокса из вентвыбросов, отведенных аспирационно-техническими устройствами от поточно-транспортных узлов, складов, дробильно-размольного отделения	Эффективность очистки - 90% - 99%
Циклон	Улавливание пыли кокса из вентвыбросов, отведенных аспирационно-техническими устройствами от поточно-транспортных узлов, складов, дробильно-размольного отделения	Эффективность очистки - 70% - 93,9%
Рукавные фильтры	Улавливание пыли кокса из вентвыбросов, отведенных аспирационно-техническими устройствами от поточно-транспортных узлов, складов, дробильно-размольного отделения	Эффективность очистки - 97,1% - 99%
Батарейный циклон-электрофильтр	Улавливание пыли кокса из отходящих газов печей прокалки	Эффективность очистки - 80,6% - 93,4%
Труба Вентури (адсорбент кокс) - рукавный фильтр	Улавливание возгонов каменноугольного пека из вентвыбросов, отведенных аспирационно-техническими устройствами от дозировочно-смесительного отделения	Эффективность очистки - 99,6% - 99,9%

Производство анодной массы является подчиненным к производству алюминия и осуществляется практически на всех алюминиевых заводах, применяющих технологию электролиза с самообжигающимися анодами (Содерберга).

2.2.2 Производство анодов

Процесс производства анодов в части дробления, измельчения и смешивания сырьевых материалов идентичен производству анодной массы, за исключением использования отходов обожженных анодов (огарки), которые вместе с коксом проходят стадии дробления и рассева. Затем из смешанного материала формируются "зеленые" аноды и после охлаждения поступают на склад "зеленых" анодов. Со склада "зеленые" аноды по системе конвейеров направляются в печи обжига. Обжиг осуществляется в многокамерных кольцевых печах открытого типа с подвижной зоной "огня". Печь обжига состоит из блока вертикальных камер, соединенных между собой простенками для последовательного прохода дымовых газов из одной камеры в другую. Эти простенки делят камеры на кассеты, в которые загружаются анодные блоки. Продвижение огня производится путем переноса рампы с горелки, дутьевых и отсасывающих труб вдоль печи на одну камеру в соответствии с заданным темпом обжига. В качестве топлива используется мазут. Обожженные анодные блоки по конвейеру поступают на сборку в анодно-монтажное отделение (АМО), которое включает в себя отделение демонтажа и монтажа анодов. При монтаже обожженных анодов осуществляется заливка ниппельных гнезд чугуном, подготовка анододержателя и, как правило, покрытие поверхности анодного блока защитным слоем от интенсивного выгорания поверхностного слоя. При демонтаже огарков анодов в АМО осуществляется их зачистка от электролита, отделение от анододержателя и его зачистка, дробление огарка в дробилках для транспортировки его в заготовительное отделение. Схема технологического процесса производства обожженных анодов с этапа смешения сырьевых материалов представлена на рисунке 2.4.

Рисунок 2.4 - Схема отдельных этапов технологического процесса производства обожженных анодов

В технологическом процессе образуется некоторое количество брака "зеленых" анодов и анодной массы, которые после дробления возвращаются обратно в смеситель. При производстве анодов на специальных установках газоочистки с помощью глинозема из паров абсорбируются смолистые вещества, фториды из анодных огарков. Улавливаемая в системах аспирации и пылеочистки коксовая пыль от переделов производства анодов возвращается в производство.

В таблице 2.8 приведены основные технологические этапы производства обожженных анодов. Краткое описание основного и природоохранного оборудования представлено в таблицах 2.9 и 2.10.

Таблица 2.8 - Основные этапы производства обожженных анодов

Входной поток	Этап процесса (подпроцесс)	Выходной поток	Основное технологическое оборудование	Эмиссии
Кокс нефтяной сырой; огарки анодов	Прием, хранение, предварительное дробление	Кокс нефтяной сырой дробленый; огарки анодов дробленые	Двухвалковая зубчатая дробилка	Пыль кокса
Кокс нефтяной прокаленный, дробленые огарки	Дробление, размол, рассев на фракции	Сортовые фракции прокаленного кокса	Дробилка молотковая однороторная. Дробилка двухвалковая. Грохот универсальный. Шаровые барабанные мельницы.	Пыль кокса
Пек гранулированный каменноугольный, пек жидкий	Прием, хранение, пекоподготовка	Пек жидкий	Пекоприемники, пекоплавители.	Пыль пека, возгоны пека
Сортовые фракции прокаленного кокса и огарков, пек жидкий	Дозирование, смешение	Анодная масса	Весовые дозаторы. Смесители	Пыль кокса, возгоны пека
Анодная масса	Формование	"Зеленые" аноды	Вибропресс	Возгоны пека
"Зеленые" аноды	Обжиг	Обожженные аноды	Многокамерная кольцевая печь открытого типа	Пыль кокса, возгоны пека, HF, CO, ,
Обожженные аноды	Монтаж анодов	Смонтированные аноды	Печи ИЧТ, конвейеры, системы очистки огарков, дробилки	Пыль кокса, в том числе твердые фториды

Таблица 2.9 - Основное оборудование

Наименование оборудования	Назначение оборудования	Технологические характеристики
Двухвалковая дробилка, конусная дробилка, щековая дробилка, грохот, барабанные мельницы	Дробление коксов, огарков анодов, сортировка, размол	Дробление фракций до - 0 - 12,5 мм, помол до + 0 - 0,5 мм
Пекоприемники, пекоплавители	Размещение пека, пекоподготовка	Температура пека в пекоприемнике - 180°C - 220°C, в пекоплавителе - 180°C - 220°C
Смесители непрерывного действия	Смешение пекококсовой композиции	Обеспечение гомогенизации и экструдирования в направлении выхода. Температура "зеленой" анодной массы - 220°C
Многокамерная кольцевая печь	Обжиг "зеленых" анодов	Обжиг производится за счет сжигания мазута и летучих веществ, выделяющихся при термообработке "зеленых" блоков. Температура обжига (температура в камере полного огня) - 1250°C
Печи ИЧТ	Монтаж обожженных анодов	Расплав чугуна для заливки ниппельных гнезд обожженных анодов. Емкость печей - 2,5 т

Таблица 2.10 - Природоохранное оборудование

Наименование оборудования	Назначение оборудования	Технологические характеристики
Рукавный фильтр	Улавливание пыли кокса из вентвыбросов, отведенных аспирационно-техническими устройствами от поточно-транспортных узлов, складов, дробильно-размольного отделения, участка дозирования шихты, из отходящих газов сушильных барабанов, анодно-монтажного отделения	Эффективность очистки - 98,0%
"Мокрая" ГОУ: полый скоростной скруббер	Улавливание пыли кокса, возгонов каменноугольного пека, фторидов газообразных, диоксида серы из отходящих газов печей обжига	Эффективность очистки: пыль - 70%; фториды газообразные - 98%; возгоны каменноугольного пека - 70%, диоксид серы - 90%
"Сухая" ГОУ: модуль - адсорбционные реакторы - рукавный фильтр	Улавливание пыли кокса, возгонов каменноугольного пека, фторидов газообразных из отходящих газов печей обжига	Эффективность очистки: пыль - 98,5%; фториды газообразные - 99%; возгоны каменноугольного пека - 98,5%
"Сухая" ГОУ: модуль - адсорбционные реакторы - рукавный фильтр	Улавливание пыли кокса, возгонов каменноугольного пека из вентвыбросов, отведенных аспирационно-техническими устройствами от технологических линий смесильно-прессового участка производства	Эффективность очистки: по пыли - 98%; по остальным компонентам - 90%

Рассмотренный технологический процесс производства обожженных анодов реализуется преимущественно на заводах целиком оборудованных электролизерами с предварительно обожженными анодами.

2.3 Производство первичного алюминия

Алюминий производится путем электролитического восстановления оксида алюминия (глинозема), растворенного в расплавленном электролите (криолите) при температуре приблизительно 960°C. В состав электролизера входит углеродный катод, изолированный огнеупорными кирпичами по внутренней поверхности прямоугольного стального кожуха, и углеродные аноды, прикрепленные к электропроводящей анодной балке и погружаемые в раствор. Электролизеры соединены последовательно и образуют серию электролизеров. Постоянный ток подается с анодов через электролит и слой металла на катод, а затем - по комплекту проводников, известных как "ошиновка", на следующий электролизер.

Жидкий алюминий оседает на катоде электролизера. Расплавленный металл периодически извлекается из электролизеров спецковшами и передается в литейное отделение для получения товарной продукции. В процессе электролиза кислород из глинозема реагирует с углеродным анодом и образует диоксид углерода и монооксид углерода. Таким образом, в ходе этого процесса происходит непрерывный расход углеродных анодов.

Основным сырьем для получения алюминия служат: глинозем, фтористые соли (криолит, фтористый алюминий) и обожженные аноды или анодная масса.

Схемы производства алюминия в электролизерах с обожженными анодами, в электролизерах с боковым и верхним токоподводами представлены на рисунках 2.5 - 2.7.

Рисунок 2.5 - Блок-схема производства первичного алюминия в электролизерах с ОА

Рисунок 2.6 - Блок-схема производства первичного алюминия в электролизерах с боковым токоподводом

Рисунок 2.7 - Блок-схема производства первичного алюминия в электролизерах с верхним токоподводом

В таблицах 2.11 и 2.12 приведена информация о технологическом процессе электролиза и применяемом оборудовании.

Таблица 2.11 - Описание технологического процесса электролиза

Входной поток	Этап процесса	Выходной поток	Основное технологическое оборудование	Эмиссии
Свежий глинозем, фторсоли	Прием, хранение сырья на складах и в силосах	Свежий глинозем, анодная масса/аноды, фторсоли	Склады, силоса, бункера	В атмосферный воздух: - оксид алюминия; - твердые фториды
Сырье: глинозем, анодная масса/аноды, фторсоли. Электроэнергия	Электролитическое производство первичного алюминия	Первичный алюминий (алюминий-сырец)	Электролизеры: - с самообжигающимися анодами и верхним токоподводом (Содерберга); - с самообжигающимися анодами и боковым токоподводом (Содерберга); - с предварительно обожженными анодами	В атмосферный воздух: - фтористый водород; - твердые фториды; - диоксид серы; - оксид углерода; - пыль неорганическая; - смолистые вещества (для электролизеров Содерберга). В поверхностные и подземные воды - отсутствуют. В почву - непосредственно отсутствуют.
				Отходы производства: - отработанная угольная футеровка; - отработанная кирпичная футеровка; - угольная пена; - огарки обожженных анодов. Прочее: физические воздействия (тепловое, шум, вибрация, электромагнитное загрязнение) не являются лимитирующими для производства первичного алюминия

Таблица 2.12 - Основное технологическое оборудование процесса электролиза

Наименование оборудования	Назначение оборудования	Технологические характеристики
		Сила тока, кА	Выход по току, %
Электролизеры с самообжигающимися анодами и верхним токоподводом	Получение первичного алюминия (алюминия сырца)	До 175	До 89
Электролизеры с самообжигающимися анодами и боковым токоподводом		До 85	До 90
Электролизеры с предварительно обожженными анодами		До 400	До 94,5

В таблице 2.13 приведено основное природоохранное оборудование процесса электролиза и его характеристики.

Таблица 2.13 - Природоохранное оборудование процесса электролиза

Наименование оборудования	Назначение оборудования	Технологические характеристики
Сухая газоочистка (реакторы + рукавные фильтры)	Очистка отходящих газов от: - фтористого водорода; - твердых фторидов; - неорганической пыли; - смолистых веществ	Эффективность очистки, %: 98,4 - 99,7 97,4 - 99,5 97,4 - 99,5 96 - >99
Сухая ГОУ + мокрый скруббер	Очистка отходящих газов от: - фтористого водорода; - твердых фторидов; - неорганической пыли; - смолистых веществ; - диоксида серы	Эффективность очистки, %: 99,5 - 99,8 99,4 - 99,7 99,5 - 99,8 98,8 - 99,4 85,0 - 98,7
Электрофильтр + мокрый скруббер или пенный аппарат	Очистка отходящих газов от: - фтористого водорода; - твердых фторидов; - неорганической пыли; - смолистых веществ; - диоксида серы	Эффективность очистки, %: 95,0 - 98,7 80,0 - 90,0 80,0 - 90,0 55,0 - 90,0 85,0 - 98,7

2.3.1 Виды электролизеров и технологий электролиза

Промышленное получение алюминия как в России, так и во всем мире осуществляется в электролизерах, различающихся по конструкции и единичной мощности. В настоящее время применяются следующие технологии электролиза:

- технология производства алюминия на электролизерах с предварительно обожженными анодами (технология электролиза ОА);

- технология производства алюминия на электролизерах с самообжигающимися анодами (или электролизеры Содерберга).

Электролизеры с самообжигающимися анодами различаются также по принципу подвода тока к аноду, с боковым и верхним токоподводом (технологии электролиза БТ и ВТ соответственно).

На электролизерах ВТ токоподводящие штыри устанавливают вертикально на высоту, обеспечивающую их запекание при опускании анодного массива. При достижении нижним концом штыря расстояния от подошвы анода, определяемого безопасным ведением процесса (минимальное расстояние от штыря до подошвы анода - не менее 20 см), штырь раскручивается и извлекается из тела анода.

Катодное устройство электролизера ВТ состоит из стального кожуха, футерованного внутри угольными подовыми блоками и боковыми плитами, огнеупорными и теплоизоляционными материалами. В нижнюю часть подовых блоков перед их установкой в электролизер заливают чугуном стальные стержни - блюмсы, служащие для отвода тока от подины. Швы между подовыми блоками и периферийный шов набивают подовой массой.

Анодное устройство электролизера ВТ состоит из угольного анода, помещенного в стальной кожух, анодной шины и анодных штырей, служащих для подвески анода и подвода тока. В нижней части анодного кожуха по его периметру на специальном поясе подвешен газосборный колокол, собранный из чугунных литых секций. Колокол подвешивается на уголок (пояс) анодного кожуха и служит газосборником, собирающим из-под анода смесь газов. На рисунке 2.8 представлена конструкция электролизера ВТ.

Рисунок 2.8 - Электролизер ВТ

На электролизерах ВТ анодные газы эвакуируются с помощью системы колокольного газосборника и горелочного устройства. Колокольный газосборник, собранный из чугунных секций, крепится к пояску анодного кожуха и герметизируется в нижней части засыпкой глинозема. Анодные газы собираются под газосборником и под избыточным давлением поступают в горелочные устройства (для дожигания оксида углерода и смолистых веществ).

Разработкой новой конструкции электролизеров ВТ является проект "Создание экологически приемлемой и конкурентно способной технологии электролиза с анодом Содерберг" (проект "ЭкоСодерберг"). Проект "ЭкоСодерберг" включил практически весь комплекс работ, связанных с производством алюминия, а именно:

- технологию и оборудование по производству анодной массы;

- технологию изготовления и конструкцию катодного узла;

- технологию анода и электролиза с современной автоматизированной системой управления системой;

- комплекс мероприятий по дожигу и удалению газов от электролизера;

- автоматизированные системы по транспортировке и питанию электролизера сырьем;

- механизмы, устройства и инструменты, исключающие или снижающие долю ручного труда в обслуживании электролизера.

К новым техническим и технологическим решениям конструкции электролизера "ЭкоСодерберг" относятся:

- устройство электролизеров С-8БМ(Э) и С-8Б(Э) с новым безгорелочным газосборным колоколом и новой системой газоудаления;

- новый технологический инструмент, средства механизации, новые технологические практики для обслуживания данных электролизеров;

- технология производства и использования анодной массы с низким содержанием связующего.

На рисунке 2.9 представлена система газоудаления электролизера "ЭкоСодерберг".

Рисунок 2.9 - Система газоудаления электролизера "ЭкоСодерберг"

На электролизерах БТ конструкция катодного устройства схожа с конструкцией стандартного (рядового) электролизера ВТ.

Анодное устройство электролизера БТ состоит из стальной анодной рамы, которая с помощью стальных канатов и системы полиспасов подвешивается на металлоконструкции. По мере сгорания анода и его опускания для поддержания установленного межэлектродного расстояния одновременно с ним опускается анодная рама. Токоведущими являются два нижних ряда штырей. Они подключаются к анодной ошиновке с помощью медных или (чаще) алюминиевых спусков. Стальные токоведущие анодные штыри забиваются под определенным углом в боковые поверхности анодного массива в верхних зонах, где еще не прошли процессы спекания анода, и по мере сгорания анода перемещаются вместе с анодом в нижние, более горячие зоны, где спекаются со скоксовавшимся массивом и при достижении определенных температур воспринимают токовую нагрузку. Когда становится вероятным выход нижнего конца штыря из тела анода и контакт с электролитом, штырь извлекается из тела анода и забивается в верхний горизонт. Электролизеры БТ снабжены укрытием для сбора вредных веществ, выделяющихся при электролизе. Укрытие монтируется на каркасе и имеет вверху газосборный колпак и шторы (навивные, створчатые и др.), закрывающие боковые стороны электролизера.

По-разному осуществляется и эвакуация анодных газов, образующихся в процессе электролиза на электролизерах разных типов. На электролизерах БТ все устройство, ограниченное коркой электролита и боковыми поверхностями анода, перекрыто шторными укрытиями. Анодные газы, содержащие горючий оксид углерода, выделяются через специально устраиваемые отверстия в корке электролита "огоньки". При этом горючие компоненты анодного газа сгорают, а продукты горения удаляются с отсасываемой от электролизера газовоздушной смесью.

На рисунке 2.10 представлена конструкция электролизера БТ.

Рисунок 2.10 - Электролизер БТ

Электролизеры ОА отличаются от рассмотренных выше электролизеров ВТ и БТ конструкцией анодного устройства. Обычно электролизеры ОА имеют многоблочный анодный массив. Число анодных блоков зависит от их размеров.

Анодами служат формированные и прессованные угольные блоки, обожженные в печах при конечной температуре 1100°C - 1200°C. После обжига анодов в них монтируются анододержатели, в комплекте с которыми они поставляются в корпус электролиза. Аноды присоединяются к анодным шинам с помощью анододержателей, алюминиевая штанга которых прижимается специальным зажимом к шине, а стальная (ниппели) закрепляется в ниппельных гнездах блока с помощью чугунной заливки. Для перемещения анодного массива на электролизере имеется подъемный механизм.

Укрытие электролизера ОА предназначено для сбора и удаления образующихся вредных веществ. Газы направляются на улавливание ценных компонентов и регенерацию фторсолей. На рисунке 2.11 представлена конструкция электролизера ОА.

Рисунок 2.11 - Электролизер ОА

2.4 Литейное производство

Основное назначение литейных цехов алюминиевых заводов - прием алюминия-сырца из корпусов электролиза, его переработка и выпуск товарной продукции.

Литейные отделения входят в состав всех действующих алюминиевых заводов и выпускают алюминиевые чушки разных типоразмеров, плоские, Т-образные и цилиндрические слитки, катанку, алюминиевые сплавы разных марок.

Схема технологического процесса производства алюминиевой продукции предусматривает определенную последовательность. Жидкий алюминий-сырец из корпусов электролиза поступает в литейный цех в специальных ковшах и заливается в миксеры, где происходит приготовление расплава. Для доведения расплава в миксере до заданного химического состава проводятся операции флюсования, отстоя и снятия шлака. Затем металл поступает в раздаточный миксер, из которого проводится разливка расплава на литейную машину для литья соответствующего вида алюминиевой продукции. Готовая к отгрузке потребителям алюминиевая продукция накапливается на складах, где формируются транспортные партии.

Основное технологическое оборудование, используемое при получении алюминиевой продукции, и его описание приведено в таблицах 2.14 - 2.15.

Таблица 2.14 - Описание технологического процесса

Входной поток	Этап процесса (подпроцесс)	Выходной поток	Основное технологическое оборудование	Эмиссии
Алюминий-сырец, флюсы	Приготовление расплава заданного химического состава	Расплав	Миксер	Пыль неорганическая в атмосферу. Шлак алюминия - твердый отход на переработку
Расплав	Подача расплава	Расплав	Миксер	Пыль неорганическая в атмосферу
Расплав	Литье расплава	Алюминиевая продукция	Литейная машина	Пыль неорганическая в атмосферу

Таблица 2.15 - Основное оборудование

Наименование оборудования	Назначение оборудования	Технологические характеристики
Миксеры	Приготовление расплава, поддержание его заданной температуры, подача расплава на литейную машину	Электрические отражательные печи. Емкость миксеров - 15 - 60 т. Время заливки - до 1,5 ч. Доведение расплава до заданного химического состава - до 1 ч. Флюсование, отстой, снятие шлака - до 1 ч
Литейная машина	Фиксация литейной оснастки, формообразование литья	Оборудована пультами управления основными параметрами (температура металла, скорость литья, давление в системе и расход охлаждающей воды). Подготовка литейной оснастки к литью - до 1 ч. Отливка слитков - в среднем 1,15 ч

2.5 Основные мероприятия по снижению расхода сырья и электроэнергии

Основные пути снижения расхода глинозема - снижение потерь при транспортировке и загрузке в электролизеры и повышение его качества. От качества глинозема зависит не только сортность получаемого алюминия, но и его расход, так как глинозем содержит разное количество мелких фракций, значительная часть которых улетучивается при транспортировке и обработке ванн. Заметным резервом снижения расхода глинозема является применение пылеуборочных машин в корпусах электролиза, а также переработка пыли, собранной с кровли корпусов; однако отсутствие учета расхода по корпусам электролиза не стимулирует снижение его расхода. Применение централизованной раздачи глинозема (ЦРГ) в сочетании с автоматической подачей глинозема (АПГ) в электролизер позволит резко снизить его расход и, кроме того, стабилизируя концентрацию глинозема в электролите, снизит электросопротивление, расход электроэнергии и, как следствие, себестоимость алюминия.

К одним из важных направлений производства анодов и анодной массы следует отнести подбор наполнителя и связующего. Так, коксы с более низким содержанием серы при прокалке кокса и обжиге анодов будут выделять меньшее количество диоксида серы в атмосферу. Многие годы в электродной промышленности делаются попытки внедрить пеки, полученные на основе нефтепродуктов (тяжелых нефтяных остатков, смол пиролиза, крекинг-остатков и др.). Данные пеки имеют практически неограниченные сырьевые ресурсы для их производства и содержат низкую концентрацию смолистых веществ. Другими важными мероприятиями являются поддержание температуры электролиза на минимально допустимом уровне и недопущение протеков пека и масс в процессе эксплуатации ванны.

К основным мероприятиям, направленным на снижение расхода фторидов, следует отнести:

- повышение качества сырья;

- увеличение срока службы катодного устройства, так как значительная часть фтора теряется с отработанной угольной футеровкой электролизеров. Имеется принципиальная возможность извлечения из отработанной угольной футеровки ценных компонентов (глинозема, фторидов, углерода), однако способы извлечения в настоящее время экономически неэффективны;

- снижение съема угольной пены, содержание фтора в которой достигает 29% - 31%;

- совершенствование способа корректировки электролита;

- снижение температуры электролита.

Основными путями снижения потребления электроэнергии являются:

- повышение выхода по току. Увеличение выхода по току на 1% вызывает снижение расхода электроэнергии ~ Al, или более чем на 1%. Основным средством повышения выхода по току является внедрение автоматической системы управления технологическим процессом (АСУТП), особенно на ваннах большой мощности. Получить высокий выход по току, особенно на мощных электролизерах, невозможно без рациональной конструкции ошиновки электролизеров, обеспечивающей рациональную конфигурацию магнитного поля и снижающей негативные последствия электромагнитных сил, возникающих в расплаве, приводящих к его циркуляции и окислению наработанного алюминия;

- снижение до оптимальных значений рабочего напряжения, так как расход энергии прямо пропорционален его величине. Это достигается за счет минимизации потерь напряжения на всех токоведущих частях, включая и электролит, а также снижение частоты и продолжительности анодных эффектов;

- правильная эксплуатация приточной вентиляции и элементов аэрационных фонарей позволяет снизить расход силовой энергии, поскольку увеличение температуры ошиновки приводит к увеличению потерь энергии в ней.

Соблюдение технологической дисциплины, поддержание оптимальных параметров процессов производства также являются важными направлениями, способствующими снижению расхода сырья и электроэнергии и недопущению возможности аварийных выбросов.

2.6 Система экологического менеджмента

Система экологического менеджмента является неотъемлемой частью общей системы управления алюминиевыми и глиноземными предприятиями. Ее основными целями являются:

- идентификация и оценка значимости экологических аспектов и рисков предприятий на всех этапах производственного цикла - от закупки сырья до реализации готовой продукции;

- постановка экологических целей и показателей эффективности, разработка мероприятий и программ, направленных на улучшение экологических показателей;

- определение ответственности, процедур и ресурсов по управлению экологическими аспектами и рисками;

- определение методов проверок, мониторинга, измерения и анализа для оценки достижения результатов и оценке соответствия требованиям экологического законодательства и добровольных обязательств.

Система экологического менеджмента строится на основе международного стандарта ISO 14001.

2.7 Производственный экологический контроль

Производственный экологический контроль (ПЭК) осуществляется на основании Программы производственного экологического контроля.

Программа ПЭК включает следующие сведения:

- об инвентаризации выбросов ЗВ в атмосферный воздух и их источников;

- об инвентаризации сбросов ЗВ в окружающую среду и их источников;

- об инвентаризации отходов производства и потребления и объектов их размещения;

- о подразделениях и (или) должностных лицах, отвечающих за осуществление производственного экологического контроля;

- о собственных и (или) привлекаемых испытательных лабораториях (центрах), аккредитованных в соответствии с законодательством Российской Федерации об аккредитации в национальной системе аккредитации;

- о периодичности и методах осуществления производственного экологического контроля, местах отбора проб и методиках (методах) измерений.

Производственный экологический контроль выбросов, сбросов загрязняющих веществ производится в отношении загрязняющих веществ, характеризующих применяемые технологии и особенности производственного процесса на объекте, оказывающем негативное воздействие на окружающую среду (маркерные вещества).

При организации ПЭК учитываются рекомендации:

- ГОСТ Р 56059-2014 Производственный экологический мониторинг. Общие положения;

- ГОСТ Р 56061-2014 Производственный экологический контроль. Требования к программе производственного экологического контроля;

- ГОСТ Р 56062-2014 Производственный экологический контроль. Общие положения.