ОЧИСТКА ОТХОДЯЩИХ ГАЗОВ В ПРОИЗВОДСТВЕ АЛЮМИНИЯ ЭЛЕКТРОЛИЗНЫМ МЕТОДОМ

В наше время алюминий является одним из лидеров среди производства цветных металлов, находится в первых строчках по объёмам выпускаемой продукции, а также имеет не маловажное значение в хозяйстве. Единственным способом получения чистого алюминия на данный момент является – электролиз криолит-глинозёмных расплавов. В результате термохимических и электрохимических процессов при электролизе криолит-глинозёмных расплавов из электролизёров выделяются фтористый водород, фтористые соли, диоксид серы, оксид углерода, пыль и смолистые вещества, содержащие полициклические ароматические углеводороды, многие из них обладают канцерогенными свойствами. Большинство из этих примесей относятся к загрязняющим веществам 1 и 2 класса опасности.

В последнее время наиболее совершенной, отвечающей со временным требованиям по охране атмосферного воздуха, считается система «сухой» очистки замкнутым контуром, состоящая из реакторов − адсорберов, обеспечивающих контакт отходящих от электролизёров газов с глинозёмом, обладающим сорбционными свойствами, и рукавных фильтров для улавливания фтористого глинозёма и твёрдых частиц.

Преимущества метода «сухой» сорбционной очистки в сравнении с «мокрой», основанной на абсорбции фтористого водорода щелочными растворами, заключаются:

• более качественно выполняется улавливание фтористых соединений;
• нет необходимости в коммуникациях для раствора и шлам накопителей;
• возможность непосредственного возврата уловленного фтора в процесс электролиза алюминия без устройства гидрохимических переделов.

1.1 Физико-химические основы процесса очистки отходящих газов

Система «сухой» очистки замкнутым контуром, состоящая из реакторов - адсорберов, обеспечивающих контакт отходящих от электролизёров газов с глинозёмом, обладающим сорбционными свойствами, и рукавных фильтров для улавливания фтористого глинозёма и твёрдых частиц является наиболее эффективной и совершенной. Сухая сорбционная очистка газов основана на адсорбции фтористого водорода глинозёмом, служащим сырьём для получения алюминия. Глинозём, получаемый в промышленных условиях, содержит ряд модификаций оксида алюминия, среди которых наименьшей активностью по отношению к фтористому водороду характеризуется α-Аl₂О₃, наибольшей γ-Al₂O₃.

В таблице 1 приведено примерное содержание основных загрязняющих веществ на входе в ГОУ.

Таблица 1.

Состав газа на входе ГОУ (обычный)

Содержание α-Аl₂О₃ в глинозёме, как правило, не превышает 30 %. Это обуславливает достаточную сорбционную активность глинозёма по отношению к фтористому водороду. Процесс адсорбции можно выразить уравнением (1):

Аl₂О₃ + nHF → Аl₂О₃ · nHF                                          (1)

С частичным переходом полученного продукта в AlF₃. Количество фтористого водорода, адсорбируемого глинозёмом без снижения степени очистки зависит от его сорбционной ёмкости. Сорбционная ёмкость определяется массовой ёмкостью мономолекулярного слоя фтористого водорода на поверхности глинозёма и определяется по формуле 2:

                                                    (2)

где  – сорбционная ёмкость;

       − удельная поверхность, м²/г;

      − величина, определённая опытным путём в лабораторных условиях.

Удельная поверхность промышленных глинозёмов колеблется от 40 до 130 м²/г. Соответственно, сорбционная ёмкость составляет от 12 до 29 мг/г или от 1,2 до 2,9 % масс.

В целях получения такой сорбции необходимо обеспечить достаточный контакт между молекулами фтора и находящимися в газе частицами глинозёма.

Контакт между газом и глинозёмом осуществляется последовательно в два этапа. Первый этап происходит в реакторе, где идёт перемешивание газа с глинозёмом, на втором этапе газ проходит через слой глинозёма на рукавных фильтрах [1].

1.2 Технологическая линия очистки отходящих газов электролитического производства алюминия в электролизёрах, оснащённых системой автоматической подачи сырьевых сыпучих материалов

Техническая сущность предлагаемого решения заключается в следующем.

Очистка отходящих технологических газов процесса электролиза является важной задачей как для обеспечения снижения выбросов вредных соединений в атмосферу, так и для улавливания и возврата в технологический процесс ценных компонентов, содержащихся в электролизных газах. Предлагаемое техническое решение направлено на комплексное решение задач: на повышение экологической безопасности процесса за счёт высокоэффективной очистки отходящих газов и на повышение технико-экономических показателей производства aалюминия, за счёт увеличения возврата в процесс фтора и за счёт снижения энергетических затрат на транспортировку сырьевых материалов и расширения технологических возможностей регулирования процесса. Данные задачи решаются в предлагаемой технологической линии очистки отходящих газов в два этапа. На первом этапе - повышением эффективности адсорбционных способностей свежего глинозёма за счёт подачи его в реактор-адсорбер с использованием аэрожёлоба для транспортировки сыпучего материала в псевдоожиженном состоянии − повышение эффективного реакционного сечения потока, а, следовательно, удалением из отходящих газов и возвратом в технологический процесс большей части фтора путём его адсорбции на глинозёме. На втором этапе − подачей фторированного глинозёма в систему централизованной подачи глинозёмa к электролизёрам с использованием аэрожёлоба для транспортировки сыпучего материала в псевдоожиженном состоянии, что снижает энергетические затраты на транспортировку материала. Снижению энергетических зaтрат и стабилизации технологических параметров процесса способствует снабжение бункерa свежего глинозёма не менее чем одним контуром аэрации сжатым воздухом.

Рисунок 1. Технологическая линия очистки отходящих газов

1 – реактор-адсорбера; 2 – устройство для подачи очищаемого газа; 3 – газоход; 4 – узел подачи свежего глинозёма; 5 – узел для ввода в реактор отработанного глинозёма; 6 – линия рециркуляции; 7 – рукавный фильтр; 8 – бункер свежего глинозёма; 9 – линия подачи; 10 – бункер-накопитель; 11 – камера очищенного газа; 12 – устройство импульсной продувки; 13 – линия транспортировки; 14 – бункер фторированного глинозёма; 15 – система централизованной раздачи глинозёма; 16 – газоход; 17 – вентиляторы; 18 – газоход; 19 – дымовая труба

«При использовании предлагаемой линии повышается эффективность рaботы газоочистной установки, обеспечивается возможность регулирования подачи в электролизёры, как фторированного глинозёма, так и смеси фторированный глинозёма − свежий глинозём, значительно расширяются технологические возможности регулирования процесса и стабилизации технологических параметров» [2].

Список литературы:

1. Ибрагимов А. Т. Электрометаллургия алюминия / А. Т. Ибрагимов, Р. В. Пак ‒ Павлодар : Химия, 2009. – 256 с.
2. Патентный поиск 2012 – 2018 [электронный ресурс] — Режим доступа. — URL: http://www.findpatent.ru/patent/249/2494175.html (дата обращения 14.04.2018)