Плавка и рафинирование алюминия

14 ноября Плавка и рафинирование алюминия

Posted at 09:07h in Новости by AdTech 0 Comments

0 Likes

Плавка и рафинирование алюминия

Обзор процесса

Бокситы добываются открытым способом. Руды с более высоким содержанием используются в том виде, в каком они добываются. Руды с более низким содержанием могут подвергаться обогащению путем дробления и промывки для удаления глинистых и кремнеземных примесей. Производство металла состоит из двух основных этапов:

Переработка. Производство глинозема из бокситов по методу Байера, при котором бокситы подвергаются варке при высокой температуре и давлении в концентрированном растворе каустической соды. Полученный гидрат кристаллизуют и прокаливают до состояния оксида в печи или кальцинаторе с псевдоожиженным слоем.
Отривление. Отривление оксида алюминия до получения первичного металлического алюминия с использованием электролитического процесса Холла-Эру, в котором применяются углеродные электроды и флюс из криолита.

Результаты экспериментальных исследований позволяют предположить, что в будущем алюминий можно будет получать в виде металла путем прямого восстановления из руды.

В настоящее время используются два основных типа электролитических ячеек Холла-Эру. В так называемом процессе “предварительной обжига” применяются электроды, изготовленные, как указано ниже. На таких металлургических предприятиях воздействие полициклических углеводородов обычно происходит на участках изготовления электродов, особенно во время работы смесительных мельниц и формовочных прессов. Металлургические предприятия, использующие ячейки типа Содерберга, не нуждаются в установках для производства обожженных углеродных анодов. Вместо этого смесь кокса и смоляного связующего помещается в бункеры, нижние концы которых погружены в расплавленную смесь криолита и глинозема. По мере нагрева смеси смолы и кокса расплавленной смесью металла и криолита внутри ячейки эта смесь обжигается на месте, превращаясь в твердую графитовую массу. В анодную массу вставляются металлические стержни, служащие проводниками для прохождения электрического тока постоянного напряжения. Эти стержни необходимо периодически заменять; при их извлечении в воздух помещения ячейки выделяются значительные количества летучих компонентов каменноугольного дегтя. К этому воздействию добавляются летучие компоненты дегтя, образующиеся в процессе обжига смеси дегтя и кокса.

В течение последнего десятилетия в отрасли наблюдалась тенденция либо не заменять, либо модифицировать существующие восстановительные установки типа «Содерберг» в связи с доказанной канцерогенной опасностью, которую они представляют. Кроме того, с ростом автоматизации процессов в восстановительных ячейках — особенно при замене анодов — работы все чаще выполняются с помощью закрытых механических кранов. В результате на современных предприятиях постепенно снижается уровень воздействия на работников и риск развития заболеваний, связанных с производством алюминия. Напротив, в тех странах, где отсутствует доступ к достаточным капиталовложениям, сохранение устаревших процессов восстановления с ручным управлением будет по-прежнему создавать риск развития тех профессиональных заболеваний (см. ниже), которые ранее ассоциировались с алюминиевыми восстановительными заводами. Более того, эта тенденция будет усугубляться на таких старых, немодернизированных предприятиях, особенно по мере их старения.

Производство углеродных электродов

Электроды, необходимые для электролитического восстановления до чистого металла с предварительной обжигом, обычно изготавливаются на предприятии, входящем в состав алюминиевого завода данного типа. Аноды и катоды чаще всего изготавливаются из смеси измельченного нефтяного кокса и смолы. Сначала кокс измельчают в шаровых мельницах, затем транспортируют и механически смешивают с печью, а в конце лиют в блоки на формовочных прессах. Затем эти анодные или катодные блоки нагревают в газовой печи в течение нескольких дней до тех пор, пока они не превратятся в твердые графитовые массы, из которых практически полностью удалятся все летучие компоненты. В заключение их крепят к анодным стержням или прорезают пазы для установки катодных стержней.

Следует отметить, что смола, используемая для изготовления таких электродов, представляет собой дистиллят, получаемый из угольной или нефтяной смолы. В процессе преобразования этого дегтя в смолу путем нагрева из конечного продукта — смолы — выпариваются практически все низкокипящие неорганические вещества, например, SO₂, а также алифатические соединения и одно- и двухкольцевые ароматические соединения. Таким образом, при использовании такой смолы не должно возникать тех же опасностей, что и при использовании угольных или нефтяных смол, поскольку эти классы соединений в ней отсутствуют. Имеются некоторые данные, свидетельствующие о том, что канцерогенный потенциал таких смоляных продуктов может быть не столь велик, как у более сложных смесей смол и других летучих веществ, образующихся при неполном сгорании угля.

Опасности и меры по их предотвращению

Опасности и меры предосторожности, связанные с процессами плавки и рафинирования алюминия, в основном совпадают с теми, которые характерны для плавки и рафинирования в целом; однако отдельные процессы сопряжены с определенными специфическими опасностями.

Горнодобывающая промышленность

Хотя в литературе встречаются единичные упоминания о “бокситовом легочном заболевании”, убедительных доказательств существования такого заболевания практически нет. Тем не менее следует учитывать возможность наличия кристаллического кремнезема в бокситовых рудах.

Электролитическое восстановление

Электролитическое восстановление сопряжено с риском получения работниками ожогов кожи и травм в результате попадания брызг расплавленного металла, а также с риском развития заболеваний, вызванных тепловым стрессом, воздействием шума, электротравматизма, а также вдыханием паров криолита и фтористоводородной кислоты. В электролитических восстановительных ячейках могут выделяться значительные количества пыли фторидов и оксида алюминия.

На предприятиях по производству углеродных электродов следует устанавливать вытяжное вентиляционное оборудование с рукавными фильтрами; ограждение оборудования для измельчения смолы и углерода также позволяет эффективно свести к минимуму воздействие нагретых смол и углеродной пыли. Необходимо проводить регулярные проверки концентрации пыли в воздухе с помощью соответствующего устройства для отбора проб. Работникам, подвергающимся воздействию пыли, следует проводить периодические рентгенологические обследования, за которыми при необходимости должны следовать клинические осмотры.

В целях снижения риска, связанного с обращением со смолой, транспортировка этого материала должна быть по возможности механизирована (например, для перевозки жидкой смолы на предприятие можно использовать автоцистерны с подогревом, откуда она автоматически перекачивается в резервуары для смолы с подогревом). Также целесообразно проводить регулярные осмотры кожи для выявления эритемы, эпителиом или дерматита; дополнительную защиту могут обеспечить барьерные кремы на основе альгината.

Работникам, подвергающимся воздействию высоких уровней шума, следует предоставлять средства защиты слуха, такие как беруши, которые пропускают низкочастотный шум (чтобы обеспечить восприятие команд), но снижают проникновение интенсивного высокочастотного шума. Кроме того, работники должны регулярно проходить аудиометрическое обследование для выявления потери слуха. Наконец, персонал должен пройти обучение по оказанию сердечно-легочной реанимации пострадавшим от несчастных случаев, связанных с поражением электрическим током.

Работникам, выполняющим работы в условиях высокой температуры, следует до наступления жаркой погоды дать указание увеличить потребление жидкости и значительно увеличить количество соли в пище. Кроме того, они и их руководители должны пройти обучение по распознаванию начальных признаков тепловых расстройств у себя и своих коллег. Все лица, работающие в таких условиях, должны быть обучены принятию надлежащих мер, необходимых для предотвращения возникновения или прогрессирования тепловых расстройств.

Лицам, использующим кардиостимуляторы, следует отказаться от операций по уменьшению объёма, поскольку существует риск возникновения аритмий, вызванных магнитным полем.

На многих участках восстановительных заводов и связанных с ними производственных процессах существует высокая вероятность попадания брызг расплавленного металла и получения тяжелых ожогов. Помимо защитной одежды (например, перчаток с длинными манжетами, фартуков, гетр и лицевых щитков) следует запретить ношение одежды из синтетических материалов, поскольку под воздействием высокой температуры расплавленного металла такие волокна плавятся и прилипают к коже, что еще больше усугубляет ожоги кожи.

Процесс Байера

Широкое использование каустической соды в процессе Байера сопряжено с частым риском получения химических ожогов кожи и глаз. Удаление накипи с резервуаров с помощью пневматических молотков приводит к сильному шумовому воздействию. Ниже рассматриваются потенциальные опасности, связанные с вдыханием чрезмерных доз оксида алюминия, образующегося в ходе этого процесса.

Все работники, задействованные в технологическом процессе «Байер», должны быть подробно проинформированы об опасностях, связанных с обращением с каустической содой. На всех участках, подверженных риску, должны быть установлены фонтанчики для промывки глаз, раковины с проточной водой и душевые установки с сильным напором воды, а также размещены инструкции по их использованию. Необходимо обеспечить работников средствами индивидуальной защиты (например, защитными очками, перчатками, фартуками и сапогами). Следует организовать душевые и предоставить двойные шкафчики (один для рабочей одежды, другой — для личной), а также поощрять всех сотрудников тщательно мыться в конце смены. Все работники, работающие с расплавленным металлом, должны быть обеспечены защитными козырьками, респираторами, длинными перчатками, фартуками, нарукавниками и гетрами для защиты от ожогов, пыли и паров. Работникам, занятым на низкотемпературном процессе Гадо, следует выдать специальные перчатки и костюмы для защиты от паров соляной кислоты, выделяющихся при запуске ячеек; шерсть, как показала практика, обладает хорошей стойкостью к этим парам. Респираторы с угольными картриджами или маски, пропитанные оксидом алюминия, обеспечивают надлежащую защиту от паров смолы и фтора; для защиты от углеродной пыли необходимы эффективные пылезащитные маски. Работникам, подвергающимся более сильному воздействию пыли и паров, особенно на операциях по методу Содерберга, следует предоставить средства защиты органов дыхания с подачей воздуха. Поскольку механизированные работы в электролизном цехе выполняются дистанционно из закрытых кабин, необходимость в этих защитных мерах снизится.