Выплавка и рафинирование алюминия

04 декабря Выплавка и рафинирование алюминия

Posted at 09:25h in Новости by AdTech 0 Comments

0 Likes

Алюминий в основном используется для производства поршней, деталей двигателей и кузовов автомобилей, банок для напитков, дверей, сайдинга и алюминиевой фольги. Он также может применяться в виде листового металла, алюминиевых пластин и фольги, прутков, стержней и проволоки, а также в качестве компонентов самолетов, окон и дверных рам. К числу основных потребителей алюминия относятся предприятия контейнерной и упаковочной промышленности, транспортная отрасль, а также строительная отрасль.

Алюминий можно производить как из бокситовой руды, так и из алюминиевого лома. Переработка алюминиевой руды обходится достаточно дорого, поэтому значительную долю рынка занимает вторичное производство. В США для вторичной переработки извлекается около 40% алюминия (USEPA, 1995).

В связи с высокими энергозатратами крупнейшие производители первичного алюминия, как правило, располагаются в регионах с низкой стоимостью энергии, в том числе на Северо-Западе и в долине реки Огайо. Производители вторичного алюминия, как правило, размещаются вблизи промышленных центров, в том числе в южной Калифорнии и в районе Великих озер.

Как производители первичного, так и вторичного алюминия очищают и переплавляют алюминий, а затем разливают его в слитки. Слитки отправляются на литейные заводы или другие предприятия по формовке для литья или прокатки.

Конечно, перед тем как алюминиевые изделия подвергаются прессованию и формовке, расплав алюминия и алюминиевых сплавов необходимо отфильтровать (Керамический пенофильтр поглощает и фильтрует примеси) и дегазированный ( оборудование для дегазации (удаляет инертные газы) для обеспечения соответствия требованиям к литому алюминию.

Первичная переработка алюминия

Производство алюминия из бокситовой руды представляет собой трехэтапный процесс. Сначала из бокситовой руды извлекают глинозем, как правило, с помощью процесса Байера. В процессе Байера мелкоизмельчённый боксит смешивают с гидроксидом натрия и помещают в ’варильную камеру». Высокие температуры и давление в варильной камере вызывают реакции в смеси руды и гидроксида натрия. В результате образуются растворенный оксид алюминия и рудный остаток. Остатки, содержащие оксиды кремния, свинца, титана и кальция, образуют шлам на дне варочного котла. Оксид алюминия выпаривается и конденсируется. Для удаления оставшихся примесей из оксида добавляются крахмал и другие компоненты.

Затем раствор перекачивается в осадительный резервуар, где происходит кристаллизация оксида алюминия. Продуктами кристаллизации являются гидроксид алюминия и гидразид натрия. Кристаллы промываются, обезвоживаются в вакууме и направляются в уплотнитель для дальнейшего обезвоживания.

Затем оксид алюминия, полученный по методу Байера, восстанавливается до металлического алюминия, как правило, с использованием метода Холла-Эру. В ходе этого процесса оксид алюминия помещается в электролитическую ячейку с расплавленным криолитом. В ячейку загружается углеродный стержень, и в результате реакции образуются оксид углерода, диоксид углерода и алюминий. Алюминий оседает на дно, откуда его извлекают из резервуара и направляют в плавильную или удерживающую печь.

Затем расплавленный алюминий смешивают с необходимыми добавками для придания ему требуемых характеристик и разливают в слитки для транспортировки на производственные цеха. В производственных цехах расплавленный алюминий или алюминиевые сплавы переплавляют, разливают в формы и охлаждают. Перед разливкой расплавленный алюминий может подвергаться дополнительному нагреву для удаления оксидов, примесей и других активных металлов, таких как натрий и магний. Для дополнительного удаления примесей через расплавленный алюминий также может пропускаться хлор.

Источники отходов и возможности по предотвращению загрязнения

Выбросы в атмосферу происходят из ряда источников. При измельчении бокситов, прокаливании оксида алюминия и погрузочно-разгрузочных работах с материалами образуются твердые частицы. Для улавливания этих частиц широко используется оборудование для очистки выбросов в атмосферу.

Твердые частицы могут содержать значительное количество металлов. При достаточном содержании металлов пыль, образующаяся в процессе контроля выбросов, может быть переплавлена с целью извлечения оставшихся металлов, либо повторно использована иным способом, либо продана для получения металлов. Если содержание металлов в пыли недостаточно высокое, её, как правило, вывозят на полигон для захоронения отходов.

Еще одним источником выбросов в атмосферу при производстве первичного алюминия является процесс восстановления оксида алюминия до металлического алюминия. При этом образуются газы и твердые частицы фтористого водорода, фториды, оксид алюминия, оксид углерода, диоксид серы и летучие органические соединения. В электролитических ваннах часто используются анодные пасты. Паста должна непрерывно подаваться в ячейку через стальной лист с отверстием. Такая непрерывная подача позволяет газу выходить наружу.

Одним из способов сокращения выбросов газов является использование предварительно обожженных анодов. Предварительно обожженные аноды должны изготавливаться на собственном производственном объекте. Предварительно обожженные аноды позволяют герметизировать электролитическую ванну, что обеспечивает улавливание газа. Затем аноды заменяются каждые 14–20 дней, удерживая газы для сбора. Печи для обжига анодов являются источником выбросов фторидов, испарений органических веществ и диоксида серы. Контроль за выбросами часто осуществляется с помощью мокрых скрубберов.

Жидкие отходы не представляют серьезной проблемы при переработке алюминия. Сточные воды образуются в процессе осветления и осаждения, однако большая часть этой воды напрямую повторно используется.

К твердым отходам относятся отходы обогащения бокситов, называемые «красным шламом», а также отходы восстановления из отработанных футеровок электролизных ванн. В зависимости от используемой руды красный шлам содержит железо, алюминий, кремнезем, кальций и натрий. Как правило, красный шлам утилизируется на месте и не представляет опасности.

Еще одной проблемой в сфере твердых отходов является огнеупорная футеровка из котлов, используемых для рафинирования алюминия. При длительном эксплуатационном использовании огнеупорный материал разрушается, в результате чего образуются опасные отходы, относящиеся к категории RCRA K088.

Производство вторичного алюминия

В отрасли вторичного производства алюминия алюминиевый лом переплавляется в реверберационных или пошадовых печах, работающих на газе или нефти. Примеси удаляются с помощью хлора или других флюсов до тех пор, пока алюминий не достигнет требуемой чистоты.

Другие предприятия по производству алюминия используют помимо лома также шлак. Шлак является побочным продуктом первичной плавки алюминия. Этот процесс позволяет ещё больше снизить уровень загрязнения, возникающего при производстве первичного алюминия. Шлак содержит флюсы и алюминий в различных концентрациях. Термины “ским”, “рич” или “белый шлак” обозначают алюминиевый шлак с высоким содержанием алюминия. “Чёрный шлак” или “солевые кеки” — это алюминиевый шлак, получаемый при использовании солевых флюсов.

Шлак измельчают, просеивают и плавят в вращающейся печи, где расплавленный алюминий собирается в нижней части. Получающийся солевой шлак является отходом. Для сокращения объема этих отходов можно выщелачивать в воду и собирать больше оставшихся металлических компонентов.

Чтобы исключить необходимость использования солевых флюсов, была разработана новая технология нагрева вращающейся печи с помощью плазменной горелки. В результате этой процедуры удается извлечь алюминий с высокой степенью концентрации.

Предотвращение загрязнения при вторичной переработке алюминия

Выбросы в атмосферу и твердые отходы являются основными проблемами в алюминиевой промышленности. Выбросы в атмосферу в значительной степени зависят от качества используемого лома. Выбросы могут образовываться в процессе плавки, рафинирования, а также в виде отходящих газов из печей. Газы могут содержать продукты сгорания, хлористый водород и хлориды металлов, оксид алюминия, металлы и соединения металлов. Для снижения выбросов независимо от типа используемого лома хлор можно заменить фторидом алюминия для удаления примесей из расплавленного металла. Все системы, как правило, подключены к оборудованию контроля выбросов, обычно к рукавному фильтру для улавливания фтора и других газов.

Твердыми отходами при производстве вторичного алюминия является шлак, образующийся в процессе плавки. Шлак содержит хлориды, флюсы и магний. Металлические компоненты могут быть отделены и повторно использованы или проданы.

К жидким отходам относится вода, которую добавляют в шлак для облегчения разделения различных металлов. Сточные воды могут быть загрязнены солями и флюсами, но зачастую их можно регенерировать и использовать повторно.