Технология очистки отходящих газов высокоамперных алюминиевых электролизеров | Статья в сборнике международной научной конференции

Библиографическое описание:

Пятернева А. А., Власов А. А., Бажин В. Ю. Технология очистки отходящих газов высокоамперных алюминиевых электролизеров [Текст] // Актуальные вопросы технических наук: материалы II Междунар. науч. конф. (г. Пермь, февраль 2013 г.). — Пермь: Меркурий, 2013. — С. 49-52. — URL https://moluch.ru/conf/tech/archive/73/3288/ (дата обращения: 18.10.2018).

Во время электролиза криолит-глиноземного расплава происходит выделение как газообразных, так и твердых фторидов: HF, CF4, C2F6, SiF4, SO2, H2S, CS2, COS, CO2, CO, H2O, HC, а также угольную, криолитовую, глиноземную пыль и смолистые вещества [1]. Основная часть этих газов собирается в системе газоотсоса и направляется в реакторы сухой очистки газов, где в качестве сорбента используется металлургический глинозем.

Технология улавливания фтористого водорода в системе сухой газоочистки основана на способности глинозема поглощать фтористый водород. В реакторе-адсорбере в режиме аэровзвеси, происходит процесс соединения фтористого водорода с оксидом алюминия [2]:

nHF(г) + Al2O3 = Al2O3•nHF (адсорб); (1)

6/nAl2O3 • HF 2AlF3 + 3H2O + 6-n/n Al2O3. (2)

Одновременно происходит адсорбция оксидом алюминия полициклических ароматических углеводов:

nС20H12 + Al2O3 = Al2O3•nC20H12 (адсорб). (3)

В рукавных фильтрах при прохождении очищаемых газов через слой глинозема, осевшего на материале, продолжается процесс очистки газов.

В результате образуется фторированный глинозем, который возвращается в электролизеры как источник сырья оксида и фторида алюминия. Это обеспечивает практически полную утилизацию уловленных фторидов без дополнительной переработки. Фторидные составляющие электролита имеют высокое давление паров и характеризуются большими расходными коэффициентами — 30–60 кг на 1 т металла, что составляет (4–8 %) в себестоимости производства первичного алюминия.

Важным аспектом эффективного улавливания фтористых соединений является их негативное влияние на состояние окружающей среды. Фторводород хорошо растворяется в воде, что приводит к появлению в атмосфере аэрозолей плавиковой кислоты. Их действие вызывает раздражение слизистых оболочек глаз, кровоизлияние и язвы дыхательных путей, гнойный бронхит, удушье, спазм гортани и судороги. Длительное воздействие даже в небольших количествах может вызвать хроническое заболевание в виде отложений фтора в зубах и костях [3].

Учитывая, что образующийся фторированный глинозем, является сырьем для производства алюминия, определение потерь фторсодержащих веществ, их закономерности, характере взаимодействия фтористого водорода с глиноземом, свойствах фторированного глинозема является актуальной проблемой научных исследований в металлургии алюминия и инженерной экологии.

При хранении и транспортировке внутри завода глинозем подвергается механическому и физико-химическому воздействиям. В результате происходит изменение его свойств, которые оказывают негативное влияние на эффективность процесса электролиза алюминия.

В работе было проанализировано поэтапное изменение физико-химических свойств глинозема, отобранного с разных участков электролизного цеха и сухой газоочистки на Красноярском алюминиевом заводе [4]. Гранулометрический состав образцов глинозема представлен в таблице 1, химический состав — в таблице 2.

Таблица 1

Гранулометрический состав образцов глинозема

Содержание фракций мкм, %

- 10,1

-29,9

-51,5

-67,5

-88,6

-116,2

-133,1

-152,5

+152,5

1

1,958

6,398

17,672

17,692

20,069

17,428

6,072

4,455

8,256

2

0,958

4,301

11,2

16,563

26,808

22,999

6,896

4,492

5,783

3

1,839

4,211

11,522

17,523

26,256

22,028

6,67

4,339

5,612

4

2,017

6,311

20,119

22,243

24,315

15,23

3,978

2,514

3,273


Таблица 2

Химический состав образцов глинозема

Fe2O3

CaO

K2O

P2O5

SiO2

Al2O3

MgO

Na2O

С+S

F

MOI

LOI

1

0,051

0,032

0,014

0,011

0,18

97,1

-

0,49

0,07

0,05

1,0

1,0

2

0,065

0,072

0,044

0,049

0,36

93,1

0,028

0,92

0,3

0,8

1,0

4,24

3

0,07

0,19

0,031

0,093

0,069

92,9

0,38

0,72

0,22

0,51

2,4

2,46

4

0,042

0,037

0,025

0,006

0,076

92,9

-

0,61

0,21

0,46

1,4

4,64


Изменения гранулометрического состава соответствуют изменениям содержания примесей в глиноземе. Для понимания механизмов взаимного влияния этих двух показателей качества были проведены микроструктурные исследования зерен глинозема (рис. 1).

Рис. 1. Микроструктура образцов глинозема


Рассмотрим физико-химические изменения глинозема, происходящие на участке транспортировки до и после сухой очистки отходящих от электролизеров газов. Глинозем поступает в реактор газоочистки, где встречается с отходящим от электролизеров газовым потоком. В результате протекания сорбционных процессов, газ очищается от газообразных и твердых фторидов, SO2 и других примесей.

Глинозем после участка сухой газоочистки характеризуется минимальным содержанием мелкой фракции и повышенным содержанием примесей. Микроструктурные исследования частиц фторированного глинозема свидетельствуют об агломерации глиноземной пыли (поверхностных осколков) и увеличении ВЕТ частиц [5].

Установлено, что фторирование глинозема происходит только с участием двух соединений, фторводорода и тетрафторалюмината натрия (рис. 2, табл. 3). Механизм процесса фторирования глинозема основан на хемосорбции фтористого водорода оксидом алюминия:

Al2O3 + 6HF = Al2O36HF = 2AlF3 + 3H2O (4)


Рис. 2. Поверхность частиц глинозема № № 1 (а) и 2 (б)


Таблица 3

Химический состав образцов глинозема № № 1 и 2

Спектры

O

F

Na

Al

Образец № 1

Спектр 1

47,07

-

-

52,93

Спектр 2

47,07

-

-

52,93

Спектр 3

47,07

-

-

52,93

Спектр 4

47,07

-

-

52,93

Спектр 5

47,07

-

-

52,93

Образец № 2

Спектр 1

44,01

20,33

1,72

33,93

Спектр 2

43,33

9,14

-

47,53



Данные об увеличении влаги во фторированном глиноземе, также подтверждают данный механизм адсорбции. Однако природа связи влаги до конца остается неясной [139]. Из таблицы 3 видно, что после участка газоочистки происходит увеличение гидратной и кристаллизационной влаги, а содержание адсорбированной влаги остается на прежнем уровне.

Данные РФА анализа образцов глинозема № № 1 и 2 представлены на рисунке 3.

Рис. 3. Характеристики интенсивностей рентгеновского излучения альфа-фазы (красные линии) и других фаз (зеленые линии) для образцов глинозема № № 1 (вверху) и 2 (внизу)


Из рисунка 3 видно, что после обработки глинозема отходящими электролизными газами происходит снижение содержания α-Al2O3. Содержание же остальных фаз остается постоянным, следовательно, нельзя говорить о переходе α-Al2O3 в другие фазы. Однако спектры α-Al2O3 становятся более широкими (размытыми), что может свидетельствовать об изменении расстояния между атомами в кристаллической решетке. Вероятно, подобные изменения связаны с внедрением в решетку α-Al2O3 других химических элементов. Можно предположить, что образуется внутрикристаллическая влага, которая и была обнаружена при прокаливании пробы глинозема № 2.

Взаимодействие глинозема с соединениями фтора в условиях сухой газоочистки приводит к уменьшению как мелкой (-67,5 мкм), так и крупной (+152,5мкм) фракций. Образование на поверхности глинозема фтористых соединений и увеличение содержания влаги способствуют агломерации мелких частиц в более крупные, однако, высокая интенсивность перемешивания создает условия для истирания фракции + 152,5 мкм.

Снижение степени улавливания фторидов в реакторах газоочистки связано с несоблюдением соответствия между расходными коэффициентами глинозема и его способности адсорбировать фториды. Количество выделяющихся электролизных газов постоянно изменяется, при этом параметры процесса улавливания газов остаются постоянными. В настоящее время повышения эффективности улавливания фторидов в процессе сухой очистки можно достичь, контролируя количество образующихся газов при одновременной корректировке параметров процесса их очистки. Для этого необходимо решить следующие задачи:

  • определить кинетические зависимости процесса фторирования глинозема от параметров очистки и физико-химических свойств глинозема;

  • установить зависимости количества газообразных выделений с электролизера, попадающих в систему газоочистки, от параметров электролиза (температура, химический состав, площадь открытой поверхности расплава, влажность воздуха и прочее).

Решение поставленных задач позволит сократить количество выбросов предприятиями по производству первичного алюминия фтористых веществ в атмосферу, а также сократить себестоимость производства за счет увеличения доли повторно вовлекаемых в процесс фторидов.


Литература:

  1. Уэдде, Г. Контроль выбросов в алюминиевой промышленности / Сборник докладов 9 МК «Алюминий Сибири — 2003». — 2003. — с. 8–22.

  2. Минцис М. Я., Поляков П. В., Сиразутдинов Г. А. Электрометаллургия алюминия.- Новосибирск: Наука, 2001.- 368 с.

  3. Борисоглебский Ю. В., Галевский Г. В., Кулагин Н. М. [и др.]. Металлургия алюминия — Новосибирск: Наука, 1999. — 438с.
  4. Сизяков В. М. Химико-структурные изменения глиноземов в электролитическом производстве алюминия [Текст] / В. М. Сизяков, А. А. Власов, В. Ю. Бажин, В. В. Гембицкий, И. М. Гембицкая // Цветные металлы — 2010. Красноярск: ООО «Версо», 2010 г. С. 430–437.

  5. Thonstad J. Aluminium Electrolysis. Fundamentals of the Hall-Heroult process [Текст] // Aluminium-Verlag, Dusseldorf, 2001. 324 р.

Основные термины (генерируются автоматически): фтористый водород, фторированный глинозем, сухая газоочистка, спектр, Гранулометрический состав образцов глинозема, химический состав, сухая очистка, первичный алюминий, негативное влияние, Химический состав образцов глинозема.

Похожие статьи

О влиянии выбросов алюминиевого завода на содержание...

Алюминий производится при помощи фтористого водорода, что неизбежно влечет за

Отбор почвенных образцов производился интегрально в трехкратной повторности с поверхности

Поэтому в состав буфера для создания общей ионной силы добавлен цитрат натрия (Трилон...

Укрывной материал алюминиевых электролизеров

В качестве компонентов корки начинают использовать не только обычный глинозем, но и пришедший после сухой газоочистки (фторированный).

- неравномерное формирование корки, в связи с отсутствием рациональной рецептуры укрытия (состав, крупность материала).

Диверсификация производства: использование отходов...

вторичный алюминий, глиноземистый цемент, шлак, окружающая среда, диверсификация производства, доменная печь, глиноземистый шлак, Россия, химический состав, доменный способ.

Композиционный модификатор ржавчины на основе местного...

Состав может быть использован для химической очистки от различного рода продуктов коррозии и отложений.

В ИК-спектре образца, обработанного модификатором, вышеуказанные полосы поглощения присутствуют.

Изучение и разработка технологии получения водоугольной...

Чтобы получить из угольной мелочи водоугольное топливо требуется изучение её гранулометрического и горючего состава влажности, а также золообразование

Процентное содержание химической добавки от общ. сух. массы, Удельная теплота сгорания ВУТ (ВУС).

Научно-технологический анализ вторичной переработки...

При этом для получения 1т глинозема расходуется 7,5-8 т спека.

2. Значительная неоднородность фазового, химического и гранулометрического состава золы, приводящая к нестабильности результатов ее использования.

6.Состав и свойства золы и шлака ТЭС.

Химический состав алюмокальциевого шлама представлен...

Химический состав компонентов, из которых изготавливается керамика, является важной характеристикой для предварительной

суглинков (каковыми являются используемые глины) содержание кремнезема при этом увеличивается с 70-73% до 50-52%; глинозема, наоборот...

Синтез дифторхлорметана методом гидрофторирования...

Технология очистки отходящих газов высокоамперных... Технология улавливания фтористого водорода в системе сухой газоочистки основана на способности глинозема поглощать фтористый водород.

Применение ценосфер энергетических зол для создания...

Гранулометрические характеристики ценосфер изучали микроскопическим методом

Влияние биологически активных веществ на физико-химические... Хыдырова С. А. Влияние природы и состава дисперсионной среды на формирование тиксотропных структур в суспензиях.

Обсуждение

Социальные комментарии Cackle

Похожие статьи

О влиянии выбросов алюминиевого завода на содержание...

Алюминий производится при помощи фтористого водорода, что неизбежно влечет за

Отбор почвенных образцов производился интегрально в трехкратной повторности с поверхности

Поэтому в состав буфера для создания общей ионной силы добавлен цитрат натрия (Трилон...

Укрывной материал алюминиевых электролизеров

В качестве компонентов корки начинают использовать не только обычный глинозем, но и пришедший после сухой газоочистки (фторированный).

- неравномерное формирование корки, в связи с отсутствием рациональной рецептуры укрытия (состав, крупность материала).

Диверсификация производства: использование отходов...

вторичный алюминий, глиноземистый цемент, шлак, окружающая среда, диверсификация производства, доменная печь, глиноземистый шлак, Россия, химический состав, доменный способ.

Композиционный модификатор ржавчины на основе местного...

Состав может быть использован для химической очистки от различного рода продуктов коррозии и отложений.

В ИК-спектре образца, обработанного модификатором, вышеуказанные полосы поглощения присутствуют.

Изучение и разработка технологии получения водоугольной...

Чтобы получить из угольной мелочи водоугольное топливо требуется изучение её гранулометрического и горючего состава влажности, а также золообразование

Процентное содержание химической добавки от общ. сух. массы, Удельная теплота сгорания ВУТ (ВУС).

Научно-технологический анализ вторичной переработки...

При этом для получения 1т глинозема расходуется 7,5-8 т спека.

2. Значительная неоднородность фазового, химического и гранулометрического состава золы, приводящая к нестабильности результатов ее использования.

6.Состав и свойства золы и шлака ТЭС.

Химический состав алюмокальциевого шлама представлен...

Химический состав компонентов, из которых изготавливается керамика, является важной характеристикой для предварительной

суглинков (каковыми являются используемые глины) содержание кремнезема при этом увеличивается с 70-73% до 50-52%; глинозема, наоборот...

Синтез дифторхлорметана методом гидрофторирования...

Технология очистки отходящих газов высокоамперных... Технология улавливания фтористого водорода в системе сухой газоочистки основана на способности глинозема поглощать фтористый водород.

Применение ценосфер энергетических зол для создания...

Гранулометрические характеристики ценосфер изучали микроскопическим методом

Влияние биологически активных веществ на физико-химические... Хыдырова С. А. Влияние природы и состава дисперсионной среды на формирование тиксотропных структур в суспензиях.

Задать вопрос