авторефераты диссертаций БЕСПЛАТНАЯ РОССИЙСКАЯ БИБЛИОТЕКА - WWW.DISLIB.RU

АВТОРЕФЕРАТЫ, ДИССЕРТАЦИИ, МОНОГРАФИИ, НАУЧНЫЕ СТАТЬИ, КНИГИ

 
<< ГЛАВНАЯ
АГРОИНЖЕНЕРИЯ
АСТРОНОМИЯ
БЕЗОПАСНОСТЬ
БИОЛОГИЯ
ЗЕМЛЯ
ИНФОРМАТИКА
ИСКУССТВОВЕДЕНИЕ
ИСТОРИЯ
КУЛЬТУРОЛОГИЯ
МАШИНОСТРОЕНИЕ
МЕДИЦИНА
МЕТАЛЛУРГИЯ
МЕХАНИКА
ПЕДАГОГИКА
ПОЛИТИКА
ПРИБОРОСТРОЕНИЕ
ПРОДОВОЛЬСТВИЕ
ПСИХОЛОГИЯ
РАДИОТЕХНИКА
СЕЛЬСКОЕ ХОЗЯЙСТВО
СОЦИОЛОГИЯ
СТРОИТЕЛЬСТВО
ТЕХНИЧЕСКИЕ НАУКИ
ТРАНСПОРТ
ФАРМАЦЕВТИКА
ФИЗИКА
ФИЗИОЛОГИЯ
ФИЛОЛОГИЯ
ФИЛОСОФИЯ
ХИМИЯ
ЭКОНОМИКА
ЭЛЕКТРОТЕХНИКА
ЭНЕРГЕТИКА
ЮРИСПРУДЕНЦИЯ
ЯЗЫКОЗНАНИЕ
РАЗНОЕ
КОНТАКТЫ


Pages:     | 1 |   ...   | 2 | 3 || 5 | 6 |

Основы технологических процессов переработки вторичных ресурсов и техногенных отходов алюминиевого производства

-- [ Страница 4 ] --

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.

Изменения в технологии электролиза алюминия в последнее десятилетие 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

газосборника. Воздух подсасывается противотоком сверху через зазор между цилиндрической частью горелки и теплообменником. Теплообменник представляет собой цилиндр из тонкой стали, установленный коаксиально по отношению к горелке. Между теплообменником и камерой горения создается кольцевой зазор, через который воздух поступает в камеру горения. При этом воздух нагревается зимой до (200±40)оС, летом до (350±50)оС. Предварительный нагрев воздуха и экранирование горелки увеличивает температурный уровень в камере горения, что повышает эффективность термического обезвреживания анодного газа.

В новой конструкции горелочного устройства (рисунок 4.5) разрежение плавно регулируют в каждой горелке дроссельным устройством поршневого типа, установленным в отводящем патрубке инерционной пылеосадительной камеры.

Рисунок 4.5 - Пылеосадительная камера с регулятором разрежения

Результаты испытаний новой конструкции горелочного устройства показали, что средняя эффективность опытных горелок по дожигу СО составила 95,6 %, что превышает аналогичный показатель для щелевых горелок - свидетелей (86,7 %). Вынос загрязняющих веществ в систему газоотсоса от опытных горелок, по сравнению со щелевыми, уменьшился: по пыли - на 16,6 %, смолистым веществам – на 29,2 %, по СО – в 2,6 раза.

Внедрение нового горелочного устройства осуществлено на Красноярском алюминиевом заводе в 2006-2007 г.г. в корпусе электролиза № 5.

Совершенствование технологии абсорбции HF и SO2. Абсорбция соединений фтора и серы из электролизных газов проводится раствором кальцинированной соды и описывается следующими уравнениями химических реакций:

Na2CO3 + HF = NaF+ NaHCO3 (4.6)

NaHCO3+ HF = NaF+ CO2 + H2O (4.7)

Na2CO3 + SO2+ 0,5O2 = Na2SO4+ CO2 (4.8)

2NaHCO3 = Na2CO3 + CO2 + H2O (4.9)

При приготовлении содового газоочистного раствора к маточному раствору варки криолита, содержащему кальцинированную соду, добавляют недостающее количество оборотной (технической) воды, а в некоторых случаях надшламовую воду, осветленный и неосветленный насыщенный газоочистной раствор.

С целью повышения эффективности абсорбции HF и SO2 из электролизных газов, разработан новый алгоритм стабилизации концентрации Na2СO3и Na2SO4в газоочистном растворе, основанный на регулировании объемами надшламовой воды, концентрированного содового раствора и технической воды по уравнениям:

Vнадшл. = (4.10),

где Vнадшл – объем надшламовой воды, подаваемой на содоприготовление, м3/час;

Vпод – объем содового раствора, подаваемого на газоочистку, м3/час;

С-концентрация Na2SO4 в растворе, подаваемом на газоочистку, г/дм3;

Vмат– объем маточного раствора, подаваемого на содоприготовление, м3/час;

С- концентрация Na2SO4 в маточном растворе, г/дм3;

Vосв - объем осветленного раствора, подаваемого на содоприготовление, м3/час;

С - концентрация Na2SO4 в осветленном растворе, г/дм3;

Vнеосв - объем неосветленного раствора, подаваемого на содоприготовление, м3/час;

С- концентрация Na2SO4 в неосветленном растворе, г/дм3;

С - концентрация Na2SO4 в надшламовой воде, г/дм3.

Vсод= (4.11),

где  Vсод – объем концентрированного содового раствора на содоприготовление, м3/час;

С-концентрация Na2CO3 в растворе, подаваемом на газоочистку, г/дм3;

С- концентрация Na2CO3 в маточном растворе, г/дм3;

С- концентрация Na2CO3 в осветленном растворе, г/дм3;

С- концентрация Na2CO3 в неосветленном растворе, г/дм3;

С - концентрация Na2CO3 в надшламовой воде, г/дм3;

С-концентрация Na2CO3 в концентрированном содовом растворе, г/дм3.

Vтехн.= Vпод. - Vмат. - Vосв. - Vнеосв. - Vнадшл. - Vсод. (4.12),

где Vтехн – объем технической воды на содоприготовление, м3/час;

Стабилизация концентрации Na2СO3 обеспечивает гарантированное улавливание HF и SO2, а также оптимальную остаточную концентрацию соды в насыщенном растворе газоочистки (5-12 г/дм3). Стабилизация содержания сульфата натрия на минимально возможном уровне, исключает потери фтора за счет локальных пересыщений растворов и выпадения кристаллов двойной соли Na2SO4NaF, что повышает эффективность работы газоочистного оборудования.

Оптимизация технологии осветления газоочистного раствора. Для отделения углеродистой пены от осветленного газоочистного раствора была модернизирована конструкции радиального отстойника-сгустителя (рисунок 4.6).

1 Крышка сгустителя 2 Центральный питающий стакан 3 Растворопровод 4 Вал перегибающего устройства 5 Карман пеносборника 6 Пенообразующая решетка 7 Лопатки пеносъемника 8 Углеродистая пена 9 Труба для отвода пены

Рисунок 4.6 - Кольцевой пеносборник на питающем стакане сгустителя

Устройство выполнено по принципу «сгуститель в сгустителе». Вокруг центрального питающего стакана 2 смонтирован кольцевой желоб 5 для сбора пены. По желобу передвигаются резиновые пеносъемники 7, закрепленные на валу сгустителя 4. Внутри питающего стакана горизонтально установлена пенообразующая решетка 6. Принцип действия устройства: из поступающего в стакан сгустителя насыщенного газоочистного раствора выделяется углеродистая пена, которая переливается через верхний срез стакана 2 в карман – пеносборник 5. Резиновые пеносъемники транспортируют пену к сливному отверстию, через которое по наклонной трубе 9 пена выводится из сгустителя.

Обследование модернизированного сгустителя показало, что содержание твердых частиц в осветленном растворе снизилось в среднем в два раза, до 0,50-0,62 г/дм3. Кольцевой пеносборник внедрен на шламовых сгустителях в отделении производства фтористых солей Иркутского алюминиевого завода.

Альтернативным вариантом осветления газоочистных растворов является технология, основанная на использовании шламовых полей. Осветление насыщенного раствора на шламовом поле с последующим использованием надшламовой воды для кристаллизации криолита позволило:

- снизить содержание в осветленном растворе твердых частиц с 0,71,3 г/дм3 до 0,10,3 г/дм3, смолистых веществ с 0,6-0,8 г/дм3 до 0,4-0,5 г/дм3;

- частично решить проблему выведения сульфата натрия из газоочистных растворов в условиях отсутствия в цехе установки по выводу сульфатов.

Технология осветления газоочистных растворов на шламовых полях внедрена на Красноярском и Иркутском алюминиевых заводах.

Методика расчета удельного расхода соды на производство регенерационного криолита. Впервые разработана методика расчета удельного расхода кальцинированной соды, базирующаяся на концентрациях соединений фтора и серы в анодных газах и учитывающая варианты осветления газоочистных растворов на шламовых полях и в сгустителях. Методика предусматривает расчет расхода кальцинированной соды по 6 составляющим (таблица 4.1).

Таблица 4.1 –Расход кальцинированной соды на выпуск 1 т криолита при осветлении растворов на шламовом поле (пример)

Статьи расхода Расход, Na2CO3, кг
На образование криолита 641,6
На образование сульфата натрия 1214,4
Потери с маточным раствором 36,9
С растворами на закладку отходов 40,1
Со шламом от чистки газоочистных аппаратов 42,6
Механические и неучтенные потери 61,1
ИТОГО: Суммарный расход Na2CO3 2036,7

Расход Na2CO3 при производстве регенерационного криолита и осветлении растворов с выводом сульфатов на шламовых полях определяется, главным образом, соотношением HF/SO2 в газах электролиза. При увеличении весового соотношения HF/SO2 в газах с 0,5 до 3,0, расход соды на связывание диоксида серы уменьшается с 1407,5 кг/т до 234,6 кг/т криолита, т.е. в 6 раз!

При производстве регенерационного криолита по «классической» схеме с осветлением насыщенного газоочистного раствора в сгустителях, в дополнении к шести перечисленным выше статьям, добавляется еще одна статья расхода содопродуктов. Эта статья связана с потерями соды за счет сброса части газоочистного раствора со шламом газоочистки на шламовое поле для вывода сульфатов. При этом со сбрасываемым раствором теряется часть фтористого натрия, соды и бикарбоната натрия.

Основные пути уменьшения расхода кальцинированной соды (при неизменном содержании серы в анодной массе) заключаются в увеличении товарного выхода фтора в криолит, а также организации вывода сульфата натрия из растворов в форме глауберовой соли Na2SO410H2O на специальных установках и шламовых полях, оборудованных противофильтрационными экранами.

Методика расчета дозировки алюминатного раствора на кристаллизацию криолита. В промышленных условиях кристаллизация криолита осуществляется в непрерывном режиме смешиванием насыщенного фторидом натрия и бикарбонатом натрия осветленного газоочистного раствора с определенным количеством алюминатного раствора по схеме:

12NaF+кNa2OAl2O3+(6+2к)NaHCO3=2Na3AlF6+(6+2к)Na2CO3+(3+к)H2O (4.13),

где: к - каустический модуль алюминатного раствора (мольное Na2O: Al2O3).

Для оптимизации кристаллизации криолита разработана и испытана новая методика расчета дозировки алюминатного раствора, суть которой сводится к следующему. Если в насыщенном растворе соотношение NaHCO3/NaF  1,4, то количество подаваемого на варку алюминатного раствора Q определяется по формуле:

Q=, дм3/ч, (4.14)

где VNaF - объем осветленного раствора на варку криолита, м3/час;

СNaF - концентрация NaF в осветленном растворе, г/дм3;

С- концентрация Al2O3 в алюминатном растворе, г/дм3.

А - переменная эмпирическая величина, определяемая в зависимости от концентрации NaF в маточном растворе (С) следующим образом: при С 5 А=7; при 5 < С< 6 А=6; при 6 С 8 А=4; при С> 8 А=2.

Если в насыщенном растворе соотношение 1,2 NaHCO3/NaF < 1,4, то необходимое количество алюминатного раствора рассчитывается по формуле:

Q= , дм3/ч, (4.15)

где CNaHCO- концентрация NaHCO3 в осветленном растворе, г/дм3;

В - переменная эмпирическая величина, определяемая в зависимости от остаточной концентрации NaHCO3 в маточном растворе (С) следующим

образом: при С< 6 В=8; при 6 С8 В=6; при 8<С10

В= 4; при С> 10 В= 3.

Если в насыщенном растворе соотношение NaHCO3/NaF < 1,2, то количество алюминатного раствора определяется по формуле:

Q= , дм3/ч, (4.16)

где С- переменная эмпирическая величина, определяемая в зависимости от остаточной концентрации NaHCO3 в маточном растворе (С) следующим образом: при С 6 С=6; при 6 < С 8 C =4; при 8 < С 10 С=2; при С> 10 C=0.

В результате оптимизации технологии дозировки алюминатного раствора повышаются технико-экономические показатели варки криолита за счет:

- снижения расхода алюминатного раствора на 1-3 %;

- увеличения выпуска и качества регенерационного криолита;

- уменьшения потерь криолита со шламом газоочистки на 0,5-2,0 %.

Глава 5. Технологические процессы утилизации твердых отходов и промпродуктов алюминиевого производства

Утилизация отходов со шламовых полей в производстве цемента. Разработана, испытана и внедрена технология использования фторуглерод-содержащих отходов алюминиевого производства в качестве интенсификатора спекания (минерализатора) при производстве цементного клинкера.

Сравнение дериватограмм спекания сырьевого шлама с фторсодержащим минерализатором (рисунок 5.2) и без него (рисунок 5.1) показывает, что введение фтора в количестве 0,1 % вес. интенсифицирует термическую диссоциацию карбоната кальция. Декарбонизация CaCO3 в присутствии минерализатора

Рисунок 5.1 - Дериватограмма спекания индивидуального сырьевого шлама Рисунок 5.2 - Дериватограмма спекания шлама с боем электродным, 0,1 % F

начинается при 500  550°С, в то время, как без него диссоциация начинается при 680°С. Максимальная интенсивность выделения СО2 с минерализатором наблюдается при 720°С а без минерализатора — при 850°С. Фтористые соли минерализатора в процессе нагревания взаимодействуют с карбонатом кальция и дают промежуточные соединения (типа двойных солей), имеющие сравнительно низкие температуры плавления. В процессе обжига уже в подготовительных зонах в присутствии фтористых соединений образуется жидкая фаза, что облегчает взаимодействие извести с кремнеземом.

Таким образом, введение боя электродного в сырьевой шлам смещает начало декарбонизации CaCO3 в область более низких температур на ~100°С, что положительно влияет на последующий синтез основных клинкерных соединений.

  1. Результаты терморентгено-графических исследований (рисунок 5.3) подтвердили интенсифицирующую роль минерализатора: интенсив-ность линий 3CaOAl2O3 (C3А), 3CaOSiO2 (С3S), -2CaOSiO2 (-С2S), 4CaOAl2O3
  2. Fe2O3 (С4АF) при обжиге шлама с боем электродным на 13-25 % выше, чем при обжиге индивидуального сырьевого шлама.

Рисунок 5.3 - Температурная зависимость интенсивности аналитических линий продуктов обжига индивидуального сырьевого шлама и шлама с добавкой боя электродного (0,1% по фтору)



Pages:     | 1 |   ...   | 2 | 3 || 5 | 6 |
 





 
© 2013 www.dislib.ru - «Авторефераты диссертаций - бесплатно»

Материалы этого сайта размещены для ознакомления, все права принадлежат их авторам.
Если Вы не согласны с тем, что Ваш материал размещён на этом сайте, пожалуйста, напишите нам, мы в течении 1-2 рабочих дней удалим его.