Авторы: Пономарева Ольга Станиславовна, Махоткина Елена Станиславовна

Рубрика: Технические науки

Опубликовано в Молодой учёный №14 (118) июль-2 2016 г.

Дата публикации: 13.07.2016

Статья просмотрена: 76 раз

Библиографическое описание:

Пономарева О. С., Махоткина Е. С. Диверсификация производства: использование отходов производства вторичного алюминия в доменной печи при выплавке глиноземистых шлаков // Молодой ученый. — 2016. — №14. — С. 163-166.



В статье рассмотрены вопросы использования отходов вторичного алюминия в доменной печи при выплавке глиноземистых шлаков. Дана характеристика глиноземистого цемента и область его применения. Рассмотрена экологическая и экономическая оценка переработки отходов вторичного алюминия.

Ключевые слова: глиноземистые шлаки, доменная печь, диверсификация производства, отходы вторичного алюминия

В современных экономических условия эффективность деятельности предприятия зависит от способности адаптироваться к изменениям во внешней среде. Для повышения конкурентоспособности необходимо предусматривать и изменять структуру производства, разрабатывать и внедрять в производство новые виды продукции и технологии, правильно определять направления инвестиций, расширять отраслевой диапазон деятельности предприятия для вхождения его в новые секторы рынка [1].

Развитие алюминиевой отрасли на современном этапе напрямую связано с инновационными технологиями, направленными на переработку вторичных ресурсов и техногенных отходов (рис. 1).

Рис. 1. Мировое производство алюминия и вторичного алюминия

Реализация технических решений, направленных на снижение материальных и трудовых затрат в действующем производстве, эффективное вовлечение в переработку тонкодиспертных отходов, повысит конкурентоспособность, экономическую привлекательность и экологическую безопасность промышленных предприятий.

На основных алюминиевых заводах и в производстве вторичного алюминия ежегодно образуется ~ 3,5*1О6 т шлаков [2]. Только в России при плавке вторичного алюминия образуется 300–400 тыс. т шлаков в год. Эти шлаки перерабатываются с целью извлечения металлического алюминия. При этом остаются тонкодисперсные отходы, которые складируются в отвалы из-за отсутствия рациональной технологии утилизации. Таких отходов только на Урале по официальной статистике скопилось почти 2,5 млн. т. Тонкодисперсные частицы под воздействием атмосферных осадков быстро разлагаются, выделяя токсичные газы и образуя соли, которые, растворяясь, загрязняют почву, поверхностные и подземные воды. Мелкие частицы легко переносятся ветром на большие расстояния, загрязняя атмосферу. Это наносит экологический вред окружающей среде и экономический ущерб России за счет отчуждения больших площадей и потерь ценного минерального сырья [3].

В погоне за повышением рентабельности производства на второй план уходят вопросы, связанные с негативным воздействием алюминиевого производства на окружающую среду, поскольку решение данных вопросов связано с финансовыми и материальными издержками [3]. В такой ситуации важной задачей промышленности является использование вторичных ресурсов и комплексная переработка отходов. Вторичная переработка позволяет не только увеличивать коэффициент использования сырьевых ресурсов, но и существенно сократить загрязнение окружающей среды.

Выделение алюминия из боксита очень энергоемкое производство. При вторичной переработки алюминия энергозатраты в 20 раз меньше. Отходы производства вторичного алюминия содержат 50–60 % оксида алюминия. Авторами предлагается для утилизации отходов вторичного алюминия вводить их в состав материалов плавки при производстве глиноземистых шлаков (из бокситов) доменным способом. Глиноземистые шлаки являются основным сырьем для получения цемента с особыми свойствами.

К особым свойствам глиноземистого цемента относятся [4]:

− быстрое нарастание прочности в раннем возрасте;

− при твердении бетона на глиноземистом цементе выделяется большое количество тепла, что позволяет использовать эти бетоны при отрицательных температурах до -10 градусов без подогрева;

− глиноземистый цемент имеет повышенную плотность цементного камня, что определяет большую устойчивость бетона против всех видов агрессивных жидкостей и газов по сравнению с бетоном на портландцементе;

Область применения глиноземистого цемента:

− для изготовления бетонных и железобетонных сооружений, когда расчетная прочность бетона должна быть достигнута в течение 1-х, 2-х, или 7 суток.

− для строительства морских и подземных сооружений, где требуется повышенная сульфатостойкость.

− для тампонирования холодных нефтяных скважин, тампонирования трещин в породах при большом дебите воды.

− для заделки пробоин в судах морского транспорта.

− для быстрого устройства фундаментов под машины, заливки анкерных болтов, восстановления поврежденных зданий и мостов.

− для изготовления сборных железобетонных изделий на заводах ЖБИ и строительных площадках, где глиноземистый цемент играет роль ускорителя твердения бетона.

− для изготовления емкостей и других сооружений, где глиноземистый цемент придает повышенную стойкость против органических кислот, соединений серы, серной кислоты, молочной кислоты, соляного раствора, крахмала.

− для изготовления огнеупорных бетонов и штучных изделий с огнеупорностью до 1700 гр. C.

Важнейшим глиноземсодержащим сырьевым компонентом в производстве глиноземистого шлака (цемента) являются бокситы — алюминиевые руды, состоящие из коллоидных минеральных частиц. Общие запасы бокситов оцениваются в 70 млрд. т. Годовая добыча бокситов в России в конце ХХ в. составляла 4 млн. т и только 5 % их объема используют для производства электрокорунда, высокоглиноземистых огнеупоров, глиноземистого цемента, синтетических шлаков и продуктов химической промышленности

Высокоглиноземистые шлаки должны соответствовать следующим требованиям: иметь состав, обеспечивающий ровный ход доменной печи; содержать Al2O3 не менее 37 %, а кремнезема не более 10 %. Качество шлака как исходного сырья для приготовления цемента определяется его химическим составом и кристаллической структурой. Основные компоненты глиноземистого шлака, полученного способом доменной плавки боксита, а также химический состав доменного шлака представлены на рис. 2.

Рис. 2. Химические составы глиноземистого (бокситного) и доменного шлаков

С целью определения технико-экономических показателей доменной плавки бокситов с использованием дополнительных алюмосодержащих экзотермических материалов авторами были проведены промышленные эксперименты. Нефракционированные ОПВА были поставлены на Пашийский металлургическо-цементный завод (ПМЦЗ) с Сухоложского завода вторичных цветных металлов (СЭВДМ) в количестве 2-х вагонов (100–120 т). Примерно 20 % отходов находились в виде пирамид с размерами основания 40,0×40,0 мм и высотой 40,0 мм. Остальная часть представляла собой порошок крупностью до 3 мм, и содержала небольшое количество железного и алюминиевого скрапа [5]. Зависимость выхода шлака с подачи от содержания ОПВА представлена на рис. 3.

Рис. 3. Зависимость выхода шлака с подачи от содержания ОПВА [4]

Промышленные эксперименты показали, что отходы производства вторичного алюминия (ОПВА) могут быть успешно использованы в качестве глиноземсодержащего сырья при производстве глиноземистых шлаков доменным способом. Термогравиметрические исследования показали, что в пирометаллургических процессах вредные компоненты ОПВА (хлориды) в полном объеме будут переходить в газовую фазу, т. е. не оказывать влияния на состав конечного шлака. Проведенные на Пашийском ЦМЗ опытные плавки показали, что применение ОПВА в качестве компонента шихты приводит к увеличению содержания в глиноземистом шлаке оксида алюминия с 44,6 до 47,3 % [3, 5].

Применение ОПВА в количестве 8–17,6 % от неметаллической части шихты снижает расход кокса на процесс от 6 до 10 %, что ведет к снижению себестоимости глиноземистого цемента. Низкоуглеродное развитие является важным инструментом перехода экономики на наилучшие технологии и повышения эффективности производства, в частности, металлургического.

Литература:

  1. Попович В. В. Диверсификация производства как фактор развития регионального продовольственного рынка // Молодой ученый. — 2013. — № 8. — С. 188–190 Махоткина Е. С., Пономарева О. С. Утилизацияотходовпроизводствавторичногоалюминияв доменнойпечипривыплавкеглиноземистых шлаков // Приволжский научный вестник: научно-практический журнал, 2014. № 3–1 (31). С. 22–24
  2. Махоткина Е. С. Применения отходов производства вторичного алюминия при получении глиноземистых шлаков доменной плавкой бокситов // диссертация на соискание ученой степени кандидата технических наук / Магнитогорский государственный технический университет им. Г. И. Носова. Магнитогорск, 2011http://elibrary.ru/pic/1pix.gif.
Основные термины (генерируются автоматически): вторичного алюминия, производства вторичного алюминия, глиноземистых шлаков, отходов вторичного алюминия, глиноземистого цемента, отходов производства вторичного, выплавке глиноземистых шлаков, производстве глиноземистых шлаков, доменной печи, отходы вторичного алюминия, оксида алюминия, плавке вторичного алюминия, производстве вторичного алюминия, Зависимость выхода шлака, глиноземистых шлаков доменной, глиноземистый цемент, глиноземистого шлака, доменной плавки, переработки отходов вторичного, использования отходов вторичного.

Ключевые слова

диверсификация производства, глиноземистые шлаки, доменная печь, отходы вторичного алюминия

Обсуждение

Социальные комментарии Cackle
Задать вопрос