Основы технологических процессов переработки вторичных ресурсов и техногенных отходов алюминиевого производства (18.10.2010)

Автор: Куликов Борис Петрович

KBF4+1,27Al+0,205О2?0,775КAlF4+0,072К3AlF6+ 0,106AlF3+ 0,16AlВ2+ 0,56В+ + 0,059В2О3+0,0774Al2О3 (3.22)

Приготовление лигатуры Al-Ti-B включало введение KBF4 в расплав алюминия через кварцевую фурму струей аргона при температурах металла 700°С, 750°С, 800°С, 850°С и 900°С, исходя из расчетного содержания бора в сплаве 0,50 % вес. Расход KBF4 составлял соответственно 0,046 (линия 1), 0,066 (линия 2) и 0,111 кг/мин (линия 3), при содержании титана в сплаве 2,0 %

(рисунок 3.6). Анализ полученных данных подтверждает сделанные технологические выводы относительно снижения извлечения бора в сплав при повышении температуры процесса, а также при увеличении скорости подачи KBF4 в металл за счет ухудшения контакта реагентов.

Основным недостатком существующей технологии приготовления титансодержа-

Рисунок 3.6 - Извлечение бора в сплав при введении KBF4 в расплав продувкой аргоном

щих алюминииевых сплавов с использованием титановой губки являются ее значительные потери за счет окисления. Имея активную и развитую поверхность, а также меньшую, чем у алюминия плотность, титановая губка при загрузке в жидкий металл частично окисляется, образуя TiO2, который в итоге переходит в шлак. Данные обстоятельства послужили основанием для разработки новой технологии, основанной на использовании титановой губки, пропитанной расплавом галогенидсодержащего флюса (преимущественно в виде хлоридов и фторидов). В процессе пропитки происходит заполнение пор Ti губки галогенидсодержащим соединением, а в некоторых случаях - взаимодействие титановой губки с флюсом. Например, в случае приготовления тройной лигатуры Al-Ti-B с использованием Ti губки, пропитанной расплавом KBF4, при пропитке протекает реакция:

5KBF4+ 4Ti = К3TiF6 + 3TiF3 + K2BF5 + 4В (3.23)

Продолжительность пропитки определяется составом флюса, температурой процесса, а также качеством титанового сырья и может меняться от 10 до 30 мин. Пропитанная губка имеет на 30-80 % большую плотность, чем до пропитки. При загрузке в расплав основная масса пропитанной губки погружается под уровень металла. По мере прогрева губки флюс в ее порах плавится и всплывает на поверхность металла, оказывая на него рафинирующее действие. Титановая губка, с поверхности которой в результате взаимодействия с флюсом удалена оксидная пленка, быстро и без потерь растворяется в металле.

Результаты промышленных балансовых плавок на Братском алюминиевом заводе показали, что использование пропитанной титановой губки, по сравнению с непропитанной губкой, сокращает ее потери за счет окисления с ~40 % до 4-5 %, снижает содержание натрия в товарном металле с 0,00264 % до 0,00048 %. Одновременно в готовой продукции в 1,5-1,7 раза уменьшается концентрация водорода и в 3-4 раза снижается содержание Al2О3.

Глава 4. Технологические процессы улавливания и обезвреживания выбросов электролизного производства алюминия

Уменьшение фонарных пылегазовых выбросов. Максимальный вклад в загрязнение атмосферного воздуха вносят выбросы через аэрационные фонари электролизных корпусов. Главная причина фонарных выбросов - низкая эффективность укрытия электролизеров с анодами Содерберга (75 – 85 %). Для уменьшения фонарных пылегазовых выбросов создано вторичное укрытие, герметизирующее пространство борт - анод над криолит-глиноземной коркой электролизеров.

Задачей математического моделирования являлся выбор оптимальной конструкции вторичного укрытия, а также более полное описание аэродинамических процессов под ним. Объектом моделирования служил типовой электролизер С-8БМ, оборудованный 4-мя установками автоматического питания глиноземом (АПГ) точечного типа (рисунки 4.1, 4.2).

Поле давления, Па Скалярное поле скоростей, м/с Поле температур, °С

Рисунок 4.2 - Неизотермическая задача с учетом неплотностей в укрытии

При моделировании задавались различные граничные условия эксплуатации электролизера и состояния укрытий: расход анодного газа

(60 нм3/час), температура анодного газа (700оС) температура криолит-глиноземной корки (500оС); наличие и суммарная площадь щелей (подсосов) между секциями укрытий (0,32 м2); наличие и суммарная площадь провалов криолит – глиноземной корки.

По результатам моделирования было разработано и испытано несколько вариантов вторичных укрытий электролизера с анодом Содерберга (рисунок 4.3).

Рисунок 4.3 - Вторичное укрытие с шарнирными укрывными крышками

Снижение содержания загрязняющих веществ над укрытым электролизером, в сравнении с открытым, составило в среднем, %:

- фтористого водорода ~ 24,25

- твердых фторидов ~ 27,20

- пыли ~ 41,25 - смолистых веществ ~ 53,50

- бенз(а)пирена ~ 23,25

- оксида углерода ~ 59,75

Вторичное укрытие повышает эффективность улавливания анодных газов на 25 – 30 %. На опытных электролизерах, оборудованных вторичными укрытиями, достигнута средняя эффективность герметизации электролизера по фтористому водороду около 91 %.

Оборудование электролизерами с самообжигающимися анодами вторичными укрытиями включено в пакет мероприятий по модернизации действующих алюминиевых заводов компании РУСАЛ.

Термическое обезвреживание анодных газов в горелках. При термическом обезвреживании анодных газов в горелках происходит дожигание СО, смолистых веществ и пирогидролиз фторидов:

СО + O2 = СО2 (4.1)

СnHm +(n+1/4m) O2 = n CO2 + 1/2m H2O (4.2)

2Na3AlF6 + 3H2O = 6NaF + Al2O3 + 6HF (4.3)

2Na5Al3F14 + 9H2O = 10NaF + 3Al2O3 + 18HF (4.4)

2NaF + 11Al2O3 + H2O = 2NaAl11O17 + 2HF (4.5)

При отсутствии или недостатке кислорода в горелках протекает

пиролитическое разложение смолистых веществ до нетоксичных соединений: смолистые вещества + Q ? твердый остаток + жидкие продукты + газы ± Qi , где: Q – дополнительное тепло, Qi – вторичное тепло.

????????????????

????????

?????????????"???

# оказали негативное влияние на термическое обезвреживание анодных газов. Причина ухудшения работы горелок заключается в изменении состава анодных газов. Исследования показали, что содержание горючих компонентов в анодном газе от электролизеров, работающих на «сухой» анодной массе, по сравнению с анодным газом на «рядовой» массе, уменьшилось в среднем по СО с 52,0 до 28,3 % об., по Н2 с 5,5 до 2,0 % об. Концентрация смолистых веществ снизилась с 5,00 до 2,78 г/нм?. Теплота горения анодного газа уменьшилась с 6400  до 4200 кДж/м3. Необходимый расход воздуха на сжигание анодного газа при коэффициенте избытка воздуха ( = 1,15 сократился с 1,52 до 0,738 нм3/нм3.

Разработка нового горелочного устройства проводилась в течение 2004-2005 г.г. В результате была создана новая конструкция горелочного устройства (рисунок  4.4). Устройство включает горелку, состоящую из верхней

Рисунок 4.4 - Горелка с противоточным теплообменником цилиндрической и нижней конической частей, с зубчатым основанием в форме треугольников. Горелка приливами опирается на внутреннюю поверхность чаши, установленной на приливе газосборного колокола. Теплообменник охватывает с зазором корпус горелки и опирается на чашу. В чаше имеется лючок, закрываемый поворотной крышкой. Анодные газы поступают в коническую, нижнюю часть горелки из угловой секции


загрузка...