ФЕДЕРАЛЬНОЕ АГЕНТСТВО ПО ТЕХНИЧЕСКОМУ РЕГУЛИРОВАНИЮ И МЕТРОЛОГИИ
		ИНФОРМАЦИОННО ТЕХНИЧЕСКИЙ	ИТС
(ft	тг )	СПРАВОЧНИК ПО НАИЛУЧШИМ ДОСТУПНЫМ ТЕХНОЛОГИЯМ	11— 2016

ПРОИЗВОДСТВО АЛЮМИНИЯ

Москва Бюро НДТ 2016

Содержание

Введение...............................................................................................................................VI

Принятые основные сокращения........................................................................................VII

Предисловие.......................................................................................................................VIII

Область применения.............................................................................................................1

Раздел 1. Общая информация о рассматриваемой отрасли

промышленности...................................................................................................................3

1.1    Общие сведения.........................................................................................................3

1.2    Сырье и материалы, использующиеся при производстве алюминия....................8

1.3    Анализ приоритетных проблем отрасли.................................................................13

Раздел 2. Описание технологических процессов, применяемых в

алюминиевой промышленности.........................................................................................18

2.1    Производство глинозема.........................................................................................18

2.2    Производство анодов и анодной массы.................................................................25

2.2.1    Производство анодной массы.........................................................................26

2.2.2    Производство анодов.......................................................................................32

2.3    Производство первичного алюминия......................................................................38

2.3.1    Виды электролизеров и технологий электролиза..........................................46

2.4    Литейное производство............................................................................................51

2.5    Основные мероприятия по снижению расхода сырья и

электроэнергии...............................................................................................................53

2.6    Система экологического менеджмента...................................................................54

2.7    Производственный экологический контроль..........................................................55

Раздел 3. Текущие уровни потребления и эмиссии в окружающую среду......................56

3.1    Производство глинозема.........................................................................................56

3.1.1    Расход сырья, материалов и электроэнергии................................................56

3.1.2    Характеристика эмиссий..................................................................................57

3.2    Производство анодов и анодной массы.................................................................63

3.3    Производство первичного алюминия......................................................................70

3.3.1    Расход сырья, материалов и электроэнергии................................................70

3.3.2    Характеристика эмиссий..................................................................................71

3.4    Литейное производство............................................................................................89

Раздел 4. Определение наилучших доступных технологий.............................................90

4.1 Производство глинозема.........................................................................................90

II

Вид деятельности	Соответствующий справочник НДТ
Методы очистки сточных вод. направленные на сокращение сбросов металлов в водные объекты	Очистка сточных вод при производстве продукции (товаров), выполнении работ и оказании услуг на крупных предприятиях
Промышленные системы охлаждения, например градирни, пластинчатые теплообменники	Промышленные системы охлаждения
Хранение и обработка материалов	Сокращение выбросов загрязняющих веществ. сбросов загрязняющих веществ при хранении и складировании товаров (грузов)
Обращение с отходами	Обезвреживание отходов термическим способом (сжигание отходов)
	Захоронение отходов производства и потребления
Выработка пара и электроэнергии на тепловых станциях	Сжигание топлива на крупных установках в целях производства энергии
Вопросы производственно-экологического контроля	Общие принципы производственного экологического контроля и его метрологического обеспечения

2

Раздел 1. Общая информация о рассматриваемой отрасли

промышленности

1.1 Общие сведения

Алюминий — химический элемент III группы периодической системы элементов Д. И. Менделеева, легкий и пластичный металл матово-серебристого цвета. Вследствие высокой химической активности алюминий в природе находится только в связанном виде.

Плотность (при нормальных условиях) — 2,69 г/см³, электропроводность — 37 х 10⁶ См/м.

Уникальные свойства алюминия:

-    на воздухе моментально образует оксидную защитную пленку, которая способствует высокой коррозионной стойкости металла;

-    низкая плотность при высокой прочности;

-    неизменность свойств при низких температурах.

Алюминий обладает амфотерными свойствами, т. е. реагируя с кислотами, образует соответствующие соли, а при взаимодействии с щелочами — алюминаты. Эта особенность существенно расширяет возможности извлечения алюминия из руд различного состава. Алюминий растворяется в серной и соляной кислотах, а также в щелочах, но концентрированная азотная и органическая кислоты на алюминий не действуют.

Механические свойства алюминия в значительной степени зависят от количества примесей в алюминии, его предварительной механической обработки и температуры. С увеличением содержания примесей прочностные свойства алюминия растут, а пластичные снижаются, причем эти свойства проявляются даже при изменении чистоты алюминия от 99,5 % до 99,0 %.

Благодаря таким свойствам, как малая плотность, высокая теплопроводность, низкое электрическое сопротивление, высокая пластичность, коррозионная стойкость, алюминий получил исключительно широкое распространение в различных отраслях современной техники и играет важнейшую роль среди всех цветных металлов.

Чистый технический алюминий используется в электротехнике в качестве проводникового материала и для производства фольги. Основная часть алюминия применяется в виде литейных и деформируемых сплавов и сравнительно небольшое количество алюминия — в виде порошков.

3

К основным областям применения алюминия и его сплавов относятся аэрокосмическая промышленность, строительство, высокоскоростной железнодорожный и водный транспорт, автомобилестроение (корпуса двигателей, кузовные детали и трансмиссия), электротехника, машины и турбинная техника, упаковка пищевых продуктов и напитков, криотехника, пиротехника и ракетное топливо, пищевая промышленность.

Практически единственным методом получения металлического алюминия является электролиз криолитоглиноземного расплава Основное сырье для этого процесса — глинозем (AI2O3) — получают различными гидрохимическими методами путем переработки минералов, содержащих соединения алюминия.

Современное получение алюминия осуществляется путем электролитического разложения глинозема (AI2O3), растворенного в электролите (расплавленный криолит (Na3AIF6)). Технологический процесс осуществляется при 950 °С— 965 °С в электролизных ваннах (электролизерах). В целом процесс разложения глинозема в электролизерах можно представить в виде формул:

А1₂0₃ + 1,5С «- 2AI + 1,5С0₂.

А1₂0₃ + ЗС ~ 2AI + ЗСО

Суммарную реакцию можно записать в виде

AI2O3 + хС = 2AI + (3 - х)С0₂ + (2х - 3)СО или представить ее как сумму трех реакций:

AI2O3«-» 2AI + 1,50г.

С + Ог *-* СОг,

С + 0,50г «-* СО.

Основным исходным сырьем криолит-глиноземного расплава являются глинозем (AI2O3). фтористый алюминий (AIF3) и криолит (Na3AIF6). Кроме того, в электролите всегда присутствует фтористый кальций (CaF2), снижающий температуру кристаллизации электролита, что позволяет проводить процесс электролиза при более низкой температуре.

Технологический процесс в алюминиевом электролизере — сложный комплекс взаимосвязанных химических, физико-химических и физических процессов.

При электролизе на катоде выделяется алюминий, а на аноде — кислород. Алюминий, обладающий большей плотностью, чем исходный расплав, собирается на дне электролизера, откуда его периодически извлекают.

Рентабельность производства алюминия определяется доступностью и ценой электроэнергии, наличием сырьевых компонентов и их качеством.

В таблице 1.1 представлены действующие в Российской Федерации предприятия алюминиевой промышленности, год ввода в эксплуатацию, производительность и применяемые технологии электролиза. Их географическое расположение представлено на рисунке 1.1.

Таблица 1.1 — Перечень предприятий алюминиевой промышленности Российской Федерации

Завод Место расположения Год ввода в эксплуатацию КАЗ Филиал ОАО «СУАЛ» «КАЗ-СУАЛ» Мурманская область, г. Кандалакша 1951 НкАЗ ОАО «РУСАЛ Новокузнецк» Кемеровская область, г. Новокузнецк 1943 КрАЗ ОАО «РУСАЛ Красноярск» Красноярский край, г Красноярск 1964 БрАЗ ОАО «РУСАЛ Братск» Иркутская область, г. Братск 1966 САЗ АО «РУСАЛ Саяногорск» Республика Хакасия, г. Саяногорск 1985, 2006 ИркАЗ Филиал ОАО «РУСАЛ Братск» в г. Шелехове Иркутская область, г. Шелехов 1960 НАЗ Филиал ОАО «СУАЛ» «НАЗ-СУАЛ» Республика Карелия, п. Надвоицы 1954 ВгАЗ 1 Филиал ОАО «СУАЛ» «ВгАЗ-СУАЛ» г. Волгоград 1959

¹ Производство законсервировано.

5

Завод	Место расположения	Г од ввода в эксплуатацию
БоАЗ ЗАО «Богучанский алюминиевый завод»	Красноярский край. Богучанский район	2015
АГК ОАО «РУСАЛ Ачинск»	Красноярский край. г. Ачинск	1970
Пикалевский глиноземный завод («Базэл Цемент Пикалево»)	Ленинградская область, г. Пикалево	1959
БАЗ1* Филиал ОАО «СУАЛ» «БАЗ-СУАЛ»	Свердловская область, г. Краснотурьинск	1943
УАЗ3 Филиал ОАО «СУАЛ» «УАЗ-СУАЛ»	Свердловская область, г. Каменск-Уральский	1939

²    В 2015 году начата реализация проекта по увеличению мощности производства.

³    В 2015 году начата реализация проекта по увеличению мощности производства.

6

Г - J<A3 ;,, НАЗ пгз m3 , ( Т- Га 'J& V*T -i г* fy .v \ -Щ JB/A3 £A3 УАЗ БоАЗ • АГК#КрАЗ БрАЗ НкАЗ * • • САЗ ИркАЗ • укЩ

Рисунок 1.1 — Карта-схема расположения алюминиевых и глиноземных заводов Российской Федерации

4.1.1    Производство глинозема из бокситов по комбинированному

способу (параллельная схема Байер-слекания).....................................................91

4.1.2    Производство глинозема по технологии спекания нефелинов.....................92

4.2    Анодное производство.............................................................................................93

4.2.1    Производство анодной массы для самообжигающихся анодов...................94

4.2.2    Производство обожженных анодов.................................................................95

4.3    Производство первичного алюминия......................................................................97

4.3.1    Электролиз в электролизерах с предварительно обожженными

анодами...................................................................................................................100

4.3.2    Электролиз в электролизерах Содерберга с боковым подводом

тока к аноду (БТ) и шторными укрытиями.............................................................104

4.3.3    Электролиз в электролизерах с верхним подводом тока к аноду

(ВТ) по технологии «Экологический Содерберг (ЭкоСодерберг)»......................106

4.3.4    Электролиз в электролизерах с верхним подводом тока к аноду

(ВТ) с использованием производственных систем...............................................108

4.4    Производство по выпуску алюминия и его сплавов с применением

автоматизированных литейных линий........................................................................111

Раздел 5. Наилучшие доступные технологии..................................................................111

5.1    Производство глинозема.......................................................................................112

НДТ 1 Производство глинозема из бокситов комбинированным

способом (параллельная схема Байер-спекания) с долей ветви

спекания не более 20 %..........................................................................................112

НДТ 2. Технология производства глинозема спеканием нефелинов..................113

5.2    Производство анодов и анодной массы...............................................................114

НДТ 3 Производство анодной массы для самообжигающихся

анодов......................................................................................................................114

НДТ 4. Производство обожженных анодов...........................................................115

5.3    Производство первичного алюминия....................................................................116

НДТ 5. Электролиз в электролизерах с предварительно

обожженными анодами первого поколения (мощностью до 300 кА)...................116

НДТ 6. Электролиз в электролизерах с предварительно обожженными анодами второго поколения (мощностью 300 кА и

выше).......................................................................................................................117

НДТ 7. Электролиз в электролизерах Содерберга с боковым

подводом тока к аноду (БТ) и шторными укрытиями............................................118

III

НДТ 8. Электролиз в электролизерах с верхним подводом тока к

аноду (ВТ) с использованием производственной системы..................................119

НДТ 9. Электролиз в электролизерах с верхним подводом тока к аноду (ВТ) по технологии «Экологический Содерберг»

(«ЭкоСодерберг»)...................................................................................................120

5.4 Литейное производство..........................................................................................122

НДТ 10. Производство по выпуску алюминия и его сплавов с

применением автоматизированных литейных линий...........................................122

Раздел 6. Экономические аспекты реализации наилучших доступных

технологий..........................................................................................................................122

Раздел 7. Перспективные технологии..............................................................................127

7.1    Перспективные направления в производстве алюминия....................................127

7.2    Перспективные направления в производстве глинозема....................................128

Заключительные положения и рекомендации.................................................................130

Приложение А (обязательное) Сфера распространения справочника НДТ

«Производство алюминия»...............................................................................................132

Приложение Б (обязательное) Перечни маркерных веществ и

технологических показателей...........................................................................................133

Б.1 Перечень маркерных веществ....................................................................................133

Б. 1.1 Производство глинозема....................................................................................133

Б. 1.2 Производство анодной массы, обожженных анодов........................................133

Б 1.3 Производство первичного алюминия................................................................133

Б. 1.4 Литейное производство......................................................................................134

Б.2 Перечень технологических показателей...................................................................134

Приложение В (обязательное) Энергоэффективность..................................................137

В 1 Краткая характеристика отрасли с точки зрения ресурсо- и

энергопотребления............................................................................................................137

В.2 Основные технологические процессы, связанные с использованием

энергии...............................................................................................................................137

В.2.1 Производство глинозема....................................................................................137

В.2.2 Производство первичного алюминия................................................................138

В.З Уровни потребления...................................................................................................138

В 4 Наилучшие доступные технологии, направленные на повышение энергоэффективности и оптимизацию и сокращение ресурсопотребления.................139

IV

В.5 Экономические аспекты реализации НДТ, направленные на повышение энергоэффективности и оптимизацию и сокращение

ресурсопотребления..........................................................................................................139

В.6 Перспективные технологии, направленные на повышение

энергоэффективности, оптимизацию и    сокращение ресурсопотребления...................141

Б.6.1 Производство глинозема....................................................................................141

Б.6.2 Производство алюминия....................................................................................141

Приложение Г (обязательное) Перечень    НДТ................................................................142

Библиография....................................................................................................................143

V

Введение

Настоящий справочник содержит информацию:

-    об области его применения;

-    об отрасли алюминиевой промышленности в Российской Федерации;

-    о технологических процессах, применяемых в настоящее время в алюминиевой промышленности в Российской Федерации;

-    о текущих уровнях эмиссий в окружающую среду на предприятиях алюминиевой промышленности в Российской Федерации;

-    о наилучших доступных технологиях в алюминиевой промышленности Российской Федерации;

-    о перспективных технологиях.

Основными законодательными документами, использовавшимися при разработке справочника, являются:

-    Федеральный закон «Об охране окружающей среды» от 10.01.2002 № 7-ФЗ;

-Федеральный закон «Обохране атмосферного воздуха» от 04.05.1999

№ 96-ФЗ:

-Федеральный закон «Об отходах производства и потребления» от 24.06.1998 № 89-ФЗ;

-    Постановление Правительства РФ «О порядке определения технологии в качестве наилучшей доступной технологии, а также разработки, актуализации и опубликования информационно-технических справочников по наилучшим доступным технологиям» от 23.12.2014 № 1458.

VI

Принятые основные сокращения

АГК — Ачинский глиноземный комбинат (ОАО «РУСАЛ Ачинск»)

АП Г — автоматическая подача глинозема

АСУТП — автоматизированная система управления технологическим процессом БАЗ — Богословский алюминиевый завод (филиал ОАО «СУАЛ» «БАЗ-СУАЛ») БрАЗ — Братский алюминиевый завод (ОАО «РУСАЛ Братск»)

БТ — боковой токоподвод ВТ — верхний токоподвод ГВС — газовоздушная смесь ГОУ — газоочистная установка ЗВ — загрязняющие вещества

ИркАЗ — Иркутский алюминиевый завод (филиал ОАО «РУСАЛ Братск» в г Шелехове)

КАЗ — Кандалакшский алюминиевый завод (филиал ОАО «СУАЛ» «КАЗ-СУАЛ») КПД — коэффициент полезного действия КП И — коэффициент полезного использования

КрАЗ — Красноярский алюминиевый завод (ОАО «РУСАЛ Красноярск»)

НДТ — наилучшая доступная технология

ИкАЗ — Новокузнецкий алюминиевый завод (ОАО «РУСАЛ Новокузнецк»)

ОА — обожженные аноды

ПОА — предварительно обожженные аноды

ПЭК — производственный экологический контроль

САЗ — Саяногорский алюминиевый завод (АО «РУСАЛ Саяногорск»)

УАЗ — Уральский алюминиевый завод (филиал ОАО «СУАЛ» «УАЗ-СУАЛ»)

ХАЗ — Хакасский алюминиевый завод (ООО «ХАЗ»)

ЦРГ — централизованная раздача глинозема ЭкоСодерберг — экологический Содерберг

VII

Предисловие

Цели, основные принципы и порядок разработки справочника установлены Постановлением Правительства Российской Федерации от 23.12.2014 № 1458 «О порядке определения технологии в качестве наилучшей доступной технологии, а также разработки, актуализации и опубликования информационно-технических справочников по наилучшим доступным технологиям».

1    Статус документа

Настоящий информационно-технический справочник по наилучшим доступным технологиям (далее — справочник) является документом по стандартизации.

2    Информация о разработчиках

Справочник разработан технической рабочей группой №11, созданной приказом Госстандарта от 17 июля 2015 г. № 832 в редакции от 4 марта 2016 г. № 238.

Перечень организаций и их представителей, принимавших участие в разработке справочника, приведен в разделе «Заключительные положения и рекомендации».

Справочник представлен на утверждение Бюро наилучших доступных технологий (Бюро НДТ) (www.burondt.ru).

3    Краткая характеристика

Справочник содержит описание применяемых при производстве алюминия технологических процессов, оборудования, технических способов, методов, в том числе позволяющих снизить негативное воздействие на окружающую среду, водопотребле-ние, повысить энергоэффективность, ресурсосбережение. Среди описанных технологических процессов, оборудования, технических способов, методов определены решения, являющиеся наилучшими доступными технологиями (НДТ). Для НДТ в справочнике установлены соответствующие ей технологические показатели.

4    Взаимосвязь с международными, региональными аналогами

Справочник разработан на основе справочника Европейского союза по наилучшим доступным технологиям «Наилучшие доступные технологии (НДТ). Справочный документ для промышленности цветных металлов» (Best Available Techniques (ВАТ) Reference Document for the Non-Ferrous Metals Industries) с учетом особенностей производства алюминия в Российской Федерации.

5    Сбор данных

Информация о технологических процессах, оборудовании, технических способах. методах, применяемых при производстве алюминия в Российской Федерации, бы-

VIII

ла собрана в процессе разработки справочника в соответствии с Порядком сбора данных, необходимых для разработки информационно-технического справочника по наилучшим доступным технологиям и анализа приоритетных проблем отрасли, утвержденным приказом Росстандарта от 23 июля 2015 г. №863

6    Взаимосвязь с другими справочниками НДТ

Взаимосвязь настоящего справочника НДТ с другими справочниками НДТ. разрабатываемыми в соответствии с Распоряжением правительства Российской Федерации от 31 октября 2014 года № 2178-р, приведена в разделе «Область применения».

7    Информация об утверждении, опубликовании и введении в действие

Справочник утвержден приказом Росстандарта от 29 июня 2016 г. № 803

Справочник введен в действие с 1 января 2017 г., официально опубликован в информационной системе общего пользования — на официальном сайте Федерального агентства по техническому регулированию и метрологии в сети Интернет (www.gost.ru).

IX

ИНФОРМАЦИОННО-ТЕХНИЧЕСКИЙ СПРАВОЧНИК ПО НАИЛУЧШИМ ДОСТУПНЫМ ТЕХНОЛОГИЯМ

ПРОИЗВОДСТВО АЛЮМИНИЯ

Aluminium production

Дата введения — 2017-01-01

Область применения

Справочник распространяется на следующие основные виды деятельности:

-    производство глинозема;

-    производство первичного алюминия;

-    производство анодов и анодной массы;

-    литейное производство (производство товарной продукции из алюминия-сырца).

Справочник также распространяется на процессы, связанные с основными видами деятельности, которые могут оказать влияние на объемы эмиссий или масштабы загрязнения окружающей среды:

-    производственные процессы;

-    методы предотвращения и сокращения эмиссий и образования отходов.

Справочник не распространяется на:

-    деятельность, связанную с добычей и обогащением руд цветных металлов;

-    переработку отходов алюминиевой промышленности и производство вторичного алюминия из лома алюминиевых изделий;

-    блоки вспомогательных и подсобных производств (ремонтные, автотранспортные. железнодорожные, монтажные и т. п.);

-    вопросы, касающиеся исключительно обеспечения промышленной безопасности или охраны труда.

Вопросы охраны труда рассматриваются частично и только в тех случаях, когда оказывают влияние на виды деятельности, включенные в область применения настоящего справочника

Дополнительные виды деятельности при производстве алюминия и соответствующие им справочники НДТ (названия справочников НДТ даны в редакции распоряжения правительства Российской Федерации от 31 октября 2014 года №2178-р) приведены в таблице ниже.

1