Введение к работе
АКТУАЛЬНОСТЬ РАБОТЫ. На алюминиевых заводах образуется большое количество твердых техногенных отходов, состоящих в основном из углерода и соединений фтора, натрия и серы. В связи с возможным повышением платы за складирование отходов и вредным влиянием на окружающую среду требуется разработка решений, обеспечивающих утилизацию твердых отходов с получением легко реализуемых продуктов. Также необходимо учитывать реалии современных рыночных отношений - по возможности предприятие при переработке должно получать товарные продукты, которые могут быть использованы в основном или вспомогательных производствах. Алюминиевая промышленность является основным потребителем фтористых солей, поэтому основной задачей переработки отходов является извлечение из них фтора и утилизация углерода, алюминия и натрия.
За годы развития алюминиевой промышленности на территории промышленных площадок заводов было накоплено сотни тысяч тонн твердых фторуглеродсодержащих отходов (в основном состоящих из хвостов флотации угольной пены, пыли электрофильтров и шламов содовой газоочистки), хранение которых требует специально оборудованных и достаточно дорогостоящих сооружений - шламовых полей. К тому же из-за слабой гидроизоляции шламовых полей соединения фтора, натрия, серы и других опасных веществ также проникают в поверхностные и подземные источники питьевой воды, вследствие чего вода становится малопригодной для хозяйственно-бытового использования без дополнительной обработки.
В этой связи особое значение приобретают работы, направленные на переработку твердых фторуглеродсодержащих отходов с возвращением в процесс электролиза фтористых солей и получением легкореализуемых продуктов (например восстановительных или топливных брикетов).
ЦЕЛЬЮ РАБОТЫ являлись исследования и разработка перспективной безотходной технологии утилизации твердых фторуглеродсодержащих отходов различных технологий производства алюминия с получением новых товарных продуктов, используемых в основном или вспомогательном переделах производства алюминия, либо реализуемых стороннему потребителю.
МЕТОДЫ ИССЛЕДОВАНИЙ. Исследования по обесфториванию
тонкодисперсных фторуглеродсодержащих отходов и получению криолита -
гидрохимические эксперименты в термостатированной среде, исследования по
получению топливных ресурсов - прессование под высоким давлением,
исследования по высокотемпературной регенерации электролита из угольной
пены - эксперименты с применением высокотемпературной лабораторной печи
и промышленной индукционной печи. В работе использованы методы
химического, рентгеноструктурного, термогравиметрического и
дисперсионного анализа, а также анализа прочностных характеристик.
НАУЧНАЯ НОВИЗНА. Впервые изучены процессы глубокого обесфторивания отходов с определением реагента и оптимальных параметров ведения процесса.
Изучены процессы криолитообразования из растворов после выщелачивания твердых фторуглеродсодержащих отходов производства алюминия.
Впервые исследовано влияние обесфторивания на реакционную способность углерода в отходах и на температуру плавкости золы.
Изучены зависимости прочностных характеристик топливных брикетов от основных параметров процесса прессования.
Впервые изучен процесс высокотемпературного разделения фаз электролита и углерода при температуре нагрева угольной пены выше 1300 С в промышленной индукционной печи.
ПРАКТИЧЕСКАЯ ЗНАЧИМОСТЬ. По результатам исследований разработана гидрохимическая технология утилизации тонкодисперсных фторуглеродсодержащих отходов производства алюминия, которая позволит максимально снизить вредное воздействие отходов на окружающую среду в районе расположения алюминиевых заводов, а также получить экономический эффект от реализации топливных брикетов и использования низкомодульного криолита. Внедрение технологии позволит отказаться от строительства новых шламовых полей. При проведении дополнительных исследований по обесфтрориванию технология применима для алюминиевых заводов с обожженными анодами и системами «сухой» газоочистки в плане переработки отходов капитального ремонта электролизеров.
Ориентировочный экономический эффект от внедрения гидрохимической технологии утилизации тонкодисперсных фторуглеродсодержащих отходов для завода с мощностью 300 тыс. тонн алюминия в год составляет более 16 млн. рублей в год.
Разработанная гидрохимическая технология принята к внедрению по Программе модернизации алюминиевых заводов группы «СУАЛ» до 2010 года.
Разработанная на основании результатов исследований высокотемпературная технология утилизации твердых фторсодержащих отходов (угольной пены) технологий электролиза БТ и ОА позволит максимально снизить вредное воздействие отходов на окружающую среду в районе расположения алюминиевых заводов, а также получить экономический эффект от возврата в процесс электролита, экономии фтористого алюминия, предотвращения штрафов за складирование отходов 2-го класса опасности. Внедрение технологии позволит отказаться от строительства полигонов твердых отходов.
Ориентировочный экономический эффект от внедрения высокотемпературной технологии переработки угольной пены составляет 11,4 млн. рублей в год (для Кандалакшского алюминиевого завода).
Высокотемпературная технология утилизации угольной пены била апробирована при проведении опытно-промышленных испытаний на
Кандалакшском алюминиевом заводе (акт опытно-промышленных испытаний прилагается) и принята к внедрению в 2008-09гт.
НА ЗАЩИТУ ВЫНОСЯТСЯ. Механизм глубокого извлечения фтора из твердых фторуглеродсодержащих отходов до остаточного содержания менее 0,2%.
Механизм кристаллизации криолита с заданным криолитовым отношением из растворов после выщелачивания фторуглеродсодержащих отходов.
Результаты исследований по утилизации обесфторенной углеродсодержащеи части отходов в виде топливных или восстановительных ресурсов с повышением температуры плавкости золы.
Механизм разделения фаз электролита и углерода из твердых фторуглеродсодержащих отходов при высоких температурах.
АПРОБАЦИЯ РАБОТЫ. Основные материалы диссертации доложены на 4-ой Международной научно-технической конференции молодых специалистов и- ученых алюминиевой, магниевой и электродной промышленности (г. С.-Петербург, 2003г.), IX и X Международных конференциях-выставках «Алюминий Сибири» (г. Красноярск, 2003 и 2004г.), Научно-практической конференции «Алюминий Урала 2004» (г. Краснотурьинск, 2004г.), VI Всероссийской конференции «Экологические проблемы промышленных регионов» (г. Екатеринбург, 2004г.), I, II и III Региональных научно-технических конференциях молодых ученых и специалистов алюминиевой промышленности (г. Иркутск, 2003, 2004 и 2005г.).
ПУБЛИКАЦИИ. По результатам выполненных исследований опубликовано 17 научных работ, подано две заявки на патент, получен патент.
СТРУКТУРА И ОБЪЕМ РАБОТЫ. Диссертация состоит из введения, пяти глав, заключения, списка литературы (103 наименования). Общий объем работы 164 страницы машинописного текста, включая 41 рисунок, 57 таблиц и приложение.
