Содержание

Содержание...........................................................................................................................II

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

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

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

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

Раздел 1. Общая информация о рассматриваемой отрасли

промышленности и отраслевой проблеме..........................................................................4

1.1    Общие сведения.........................................................................................................4

1.1.1    Алюминий...........................................................................................................4

1.1.2    Кремний..............................................................................................................6

1.2    Сырье и материалы, использующиеся при производстве алюминия..................10

1.2.1    Основное сырье при производстве первичного алюминия...........................10

1.2.2    Основное сырье для производства технического кремния...........................14

1.3    Анализ приоритетных проблем отрасли.................................................................29

1.3.1    Анализ приоритетных проблем при производстве алюминия........................29

1.3.2    Анализ приоритетных проблем при производстве кремния.........................32

Раздел 2. Описание технологических процессов, применяемых в

алюминиевой промышленности.........................................................................................35

2.1    Производство глинозема.........................................................................................35

2.2    Производство анодов и анодной массы.................................................................41

2.2.1    Производство анодной массы.........................................................................41

2.2.2    Производство анодов.......................................................................................45

2.3    Производство первичного алюминия......................................................................49

2.3.1    Виды электролизеров и технологий электролиза..........................................55

2.4    Литейное производство...........................................................................................59

2.5    Производство технического кремния......................................................................60

2.6    Основные мероприятия по снижению расхода сырья и

электроэнергии...............................................................................................................79

2.6.1    Мероприятия при производстве первичного алюминия................................79

2.6.2    Мероприятия при производстве кремния.......................................................80

2.7    Система экологического менеджмента...................................................................80

2.8    Производственный экологический контроль..........................................................81

Раздел 3. Текущие уровни потребления и эмиссии в окружающую среду......................82

Таблица 1 - Дополнительные виды деятельности при производстве алюминия и соответствующие им справочники НДТ

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

Сфера распространения справочника приведена в таблице 2.

Таблица 2 - Сфера распространения ИТС НДТ

ОКПД2 Наименование продукции по ОК 034-2014 (ОКПД) Наименование вида деятельности по ОКВЭД 2 ОКВЭД 2 Производство металлургическое 24 244 Металлы основные драгоценные и цветные прочие; топливо ядерное переработанное Производство основных драгоценных металлов и прочих цветных металлов, производство ядерного топлива 24.4 2442 Алюминий Производство алюминия 24.42 24.42.1 Алюминий необработанный; оксид алюминия (глинозем) 24.42.11 Алюминий необработанный 24 42.11.110 Алюминий первичный 24.42.11.120 Сплавы на основе первичного алюминия 24.42.12 Оксид алюминия (глинозем), кроме искусственного корунда 24.42.12.000 Оксид алюминия (глинозем), кроме искусственного корунда

Окончание таблицы 2

ОКПД2 Наименование продукции по ОК 034-2014 (ОКПД) Наименование вида деятельности по ОКВЭД 2 ОКВЭД 2 Производство прочей неметаллической минеральной продукции, не включенной в другие группировки 23.99 27.90.13 Электроды и прочие изделия из графита или других видов углерода, применяемые в электротехнике

Раздел 1. Общая информация о рассматриваемой отрасли

промышленности и отраслевой проблеме

1.1    Общие сведения

1.1.1    Алюминий

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.

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 процес-

са - 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 950-965 °С в электролизных ваннах (электролизерах). В целом процесс разложения глинозема в электролизерах можно представить в виде формул:

А1₂0з + 1.5С«- 2AI + 1.5C02.

AI2O3 + ЗС — 2AI + ЗСО.

Суммарную реакцию можно записать в виде

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

AI2O3 «-> 2AI + 1,50г.

С + Ог«-» СОг,

С + О,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 1.2.

Таблица 1.1 - Перечень предприятий алюминиевой промышленности Российской Федерации

Завод Место расположения Год ввода в эксплуатацию КАЗ «РУСАЛ Кандалакша» Мурманская область, г. Кандалакша 1951 НкАЗ АО «РУСАЛ Новокузнецк» Кемеровская область, г. Новокузнецк 1943 КрАЗ АО «РУСАЛ Красноярск» Красноярский край, г. Красноярск 1964

Окончание таблицы 1.1

Завод Место расположения Год ввода в эксплуатацию БрАЗ ПАО «РУСАЛ Братск» Иркутская область, г. Братск 1966 САЗ АО «РУСАЛ Саяногорск» Республика Хакасия, г. Саяногорск 1985, 2006 ИркАЗ Филиал ПАО «РУСАЛ Братск» в г. Шелехове Иркутская область, г. Шелехов 1960 ВгАЗ «РУСАЛ Волгоград» г. Волгоград 1959 БоАЗ ЗАО «Богучанский алюминиевый завод» Красноярский край, Богучанский район 2015 АГК АО «РУСАЛ Ачинск» Красноярский край, г. Ачинск 1970 Пикалевский глиноземный завод («Базэл Цемент Пикалево») Ленинградская область, г. Пикалево 1959 БАЗ1 «РУСАЛ Краснотурьинск» Свердловская область, г. Краснотурьинск 1943 УАЗ2 «РУСАЛ Каменск-Уральский» Свердловская область, г. Каменск-Уральский 1939

1.1.2 Кремний

Кремний - химический элемент с порядковым номером 14 третьего периода главной подгруппы IV группы периодической системы элементов Д. И. Менделеева.

Кремний - металлоид темно-серого цвета, обладающий обычно металлическим блеском, твердый и хрупкий. Плотность (при нормальных условиях) - 2,33 г/см³, температура плавления- 1414°С; электропроводность- 37 * 10⁶См/м. Известен также аморфный кремний - бурый тонкодисперсный порошок. Элементарный кремний (в аморфном состоянии) впервые получен в 1823 году шведским ученым Берцелиусом, а в кристаллическом виде - французским химиком Сент-Клер Девилем в 1855 году.

Содержание кремния в земной коре составляет 27,6 %. Кремний входит в состав большинства горных пород; главные минералы - кремнезем и силикаты.

При обычных условиях кремний инертен и стоек к химическим воздействиям.

С простыми веществами (кроме фтора) взаимодействует лишь при нагревании, проявляя чаще всего восстановительные свойства.

Основная масса выплавляемого кремния предназначена для металлургического производства, главным образом производства алюминиевых сплавов - силуминов. Широко известны также кремнистые бронзы - кремнистые сплавы на основе меди, в которых присутствие кремния увеличивает прочность, уменьшает пористость за счёт повышенной текучести, что способствует получению плотных отливок. В деталях, ра-

¹ В 2015 году начата реализация проекта по увеличению мощности производства.

^: В 2015 году начата реализация проекта по увеличению мощности производства.

ботающих на трение при средних нагрузках и скоростях, кремнистые бронзы со свинцом не уступают оловянно-фосфористой бронзе. Бронзы с кремнием и марганцем обладают хорошей коррозионной стойкостью.

Кремний высокой чистоты является типичным полупроводником и представляет исключительный интерес для современной электроники и солнечной энергетики.

Широк диапазон использования кремнийорганических соединений. В них удалось объединить два антипода: кремний- важнейший элемент неорганического мира и углерод, являющийся основой живого. Поэтому полимерные кремнийорганические соединения обладают тепловой и химической устойчивостью в сочетании с эластичностью и растворимостью.

На основе кремнийорганических соединений изготавливают термостойкие смазочные масла, жидкие диэлектрики, лаки, эмали, каучуки, пластмассы, стеклопластики, обладающие наряду с повышенной тепловой и химической стойкостью отличными электроизоляционными свойствами. Кремнийорганические соединения являются основой многих эффективнейших сорбентов, катализаторов, пеногасителей и многих других ценных химических продуктов и материалов.

Примерная структура потребления металлургического (кристаллического) кремния следующая: для производства сплавов используется около 70 % от общего производства; в химической промышленности - около 15%; для изготовления полупроводниковой техники - 5-7 %; в машиностроении - остальное.

Основным производителем технического кремния в мире (около 65 % от общего выпуска) является Китай. Также в значительных объемах кремний производят Бразилия. США, Норвегия. Франция.

Для производства технического (кристаллического, металлургического) кремния в отечественной и зарубежной промышленности применяется карботермический метод, в основе которого лежит процесс восстановления кремния из кремнезема углеродом в электродуговых печах различной мощности.

Процесс карботермического восстановления кремния обычно описывается обобщенным балансовым уравнением:

Si02 + 2С = Si + 2СО

Теоретическая температура начала взаимодействия диоксида кремния с углеродом равна 1554 °С. Заметный сдвиг равновесия в этой реакции в сторону восстановления кремнезема начинается с 1600 °С. Взаимодействие кремнезема с углеродом интенсивно протекает при температуре более 1670 °С. Фактическое восстановление кремнезема углеродом происходит с образованием промежуточных продуктов.

SiC>2(jK) + Ст ⁼ SiOr + COr    (1)

У₂ SiOr + Ст = У₂ SiC + У₂ СОг    (2)

У₂ SiOr = Уа Si + Уа Si02    (3)

Уа Si02 + у₂ SiC = Уа Si + У₂ СО    (4)

Возможны и побочные реакции ответвления, например, взаимодействие SiO с

SiC.

В процессе карботермического восстановления протекают реакции в различных температурных диапазонах, образующихся по высоте тигля с образованием промежу-

точных продуктов. Процесс восстановления протекает в зоне низких, средних, высоких температур, подэлектродной области или на колошнике. В процессе восстановления кремния в тигле руднотермической печи можно условно обозначить четыре основные температурные зоны. Первая зона представляет собой слой не спеченной шихты с температурным диапазоном от температуры шихты на колошнике печи до 1500 °С, вторая зона имеет температурный диапазон 1500-1900 °С (слой спеченной шихты), третья зона (газовая полость тигля) - с температурой более 1900 °С и четвертая зона -гарнисаж (рисунок 1.1).

При изменении трех первых факторов гарнисаж печи меняет свой состав и форму, что может привести к расстройству технологии печи, снижению сортности, зашла-кованию печи, образованию трудновыводимых тугоплавких шлаков.

1

Рис    1 • зона наибопаа активного схода шихты. 2    • зона иадпанного схода шихты. 3    - гарнисаж шихты. 4    ■ газовая попость

Рисунок 1.1 - Процесс восстановления кремния в тигле руднотермической печи

1 - зона активного схода шихты (рабочая зона). В этой зоне происходят процессы нагрева шихты и схода шихты в рабочую полость вокруг электрода. 2 - зона замедленного схода шихты. В этой зоне происходит спекание шихты, из шихты уходит связанная влага, летучие соединения восстановителей, начинаются процессы восстановления. 3 - гарнисаж, образуется из тугоплавких соединений, получаемых в процессе плавки (карбидов кремния). Гарнисаж формируется в период пуска рудотермической печи и зависит напрямую от подаваемого в печь состава шихты, электрических режимов ведения плавки, положения электродов и других технологических особенностей процесса восстановительной плавки. 4 - газовая полость. Эта зона формирования источника тепла - электрической дуги. В ней протекают все высокотемпературные процессы и газификация окислов кремния.

1.2 Сырье и материалы, использующиеся при производстве алюминия

1.2.1 Основное сырье при производстве первичного алюминия

Основным сырьем при производстве первичного алюминия являются:

-    глинозем (AI2O3);

-    угольная анодная масса (предварительно обожженные угольные блоки);

-    фтористые соли, в том числе криолит искусственный технический («свежий криолит»); фторид алюминия; криолит вторичный (флотационный, получаемый при флотации извлеченной из электролизера угольной пены, и регенерационный, получаемый при химической переработке растворов после их использования для орошения газоочистных аппаратов либо пыли и шлама газоочистки и других твердых отходов).

Глинозем (AI2O3) представляет собой порошкообразный материал белого цвета с крупностью отдельных частиц в основном от 10 до 120 мкм. Фракционный состав глинозема зависит от свойств гидрата, условий его прокалки и других факторов и на практике колеблется в достаточно широких пределах. Температура плавления AI2O3-2050 °С. Глинозем образует несколько полиморфных разновидностей фаз. имеющих одинаковый химический состав, но различное строение кристаллической решетки и. следовательно, различные физические свойства. Глинозем, используемый для производства алюминия, имеет следующие модификации: a-фракция (корунд) - наиболее устойчивая форма оксида алюминия, получаемая при прокаливании гидрооксида алюминия при высокой температуре (1050 - 1200 °С), обладает высокой твердостью, практически не гигроскопична, имеет малую удельную поверхность; переходные модификации х, 6. у, которые образуются при прокаливании гидроксида алюминия при температуре 500- 1000 °С. В отличие от a-модификации, они имеют весьма развитую удельную поверхность, хорошо поглощают фторид водорода и воду. При дальнейшем их прокаливании при температуре 1050 - 1200 °С они переходят в а-модификацию.

Насыпная плотность глинозема- 0,9-1,1 г/см³. Угол естественного откоса-237,5°.

Для получения алюминия необходимой чистоты в глиноземе ограничивается содержание примесей оксидов железа и кремния. Жестко лимитируется содержание примесей оксидов титана, ванадия, хрома и марганца, влияющих на электропроводность получаемого металла, пятиокиси фосфора, которая отрицательно влияет на протекание технологического процесса.

Важное значение имеет ограничение содержания щелочных компонентов (едких щелочей, алюминатов и алюмосиликатов щелочных металлов), условно пересчитываемых при характеристике глинозема на содержание Na20.

Глинозем, выпускаемый отечественной промышленностью, должен содержать, %:    не    более    0,02-0,05 РегОз; 0,02-0,08 БЮг; 0,01-0,03

I ТЮг + V2O5 + СггОз + МпО; 0,01-0,03 ZnO; Р2О5 < 0,002.

Массовая доля щелочных компонентов - не более 0,4 % - 0,5 %, а потери при прокаливании - не выше 0,8 %. При большом содержании мелких фракций (~40 мкм до 60 %) глинозем называют «мучнистым».

Разные марки глинозема, а также его крупность и фазовый состав в значительной мере определяются используемым сырьем и способом производства.

Глинозем «песчаного» типа характеризуется меньшим содержанием а-фракции (S25 %), более крупным и однородным гранулометрическим составом Такой глинозем обладает повышенной скоростью растворения в электролите, меньше пылит и отличается большей сорбционной способностью к фториду водорода. По содержанию вредных примесей он характеризуется столь же жесткими критериями, как и отечественный глинозем.

Отечественные алюминиевые заводы могут использовать в собственном производстве глинозем как «мучнистого», так и «песчаного» типа.

Трифторид алюминия технический (AIF3) представляет собой порошкообразный материал белого, розового или серого цвета крупностью до 150-200 мкм. В ряде случаев содержание фракций -100 мкм составляет 100 %, иногда весь продукт представлен фракцией -40 мкм.

При нагревании фторид алюминия возгоняется без плавления. Температура кипения - 1270 °С. Продукт гигроскопичен, при температурах выше 350 °С начинает активно взаимодействовать с влагой, образуя фторид водорода. В равновесных условиях, при температурах, близких к температуре процесса электролиза -960 °С, трифто-рид алюминия полностью разлагается водой.

Трифторид алюминия технический содержит не менее 88% AIF3 (основное вещество). Содержание воды для разных сортов составляет от 1,0 % до 3,5 %. Содержание SO4²", соответственно, не превышает 0,5 % - 1,0 %.

Трифторид алюминия в отечественной практике получают (в большинстве случаев) гидрохимическим способом путем варки гидроксида алюминия в плавиковой кислоте с последующей фильтрацией, сушкой и прокалкой (иногда в две стадии). Такой продукт отличается низкой насыпной массой (0,6-0,8 г/см³), но содержит больше основного вещества (до 95 %).

В зарубежной практике используют трифторид алюминия, получаемый «сухим» способом при взаимодействии в печах кипящего слоя газообразного фторида водорода с активным (у-фракция) оксидом алюминия при температуре -800 °С. Такой продукт характеризуется большей насыпной массой 1,4-1,6 г/см³, но более низким содержанием основного вещества.

Фторированный глинозем представляет собой отработанный после «сухой» газоочистки электролизных газов глинозем, возвращаемый в электролиз в качестве сырьевого компонента для замены свежего глинозема и снижения потребления фтор-солей. Это порошкообразный материал серого цвета, крупность и содержание фракций в нем зависят от исходного свежего глинозема, применяемого для «сухой» ГОУ, которая оказывает незначительное влияние на его состав и свойства.

Отработанный фторированный глинозем, удаляемый из рукавных фильтров установок «сухой» газоочистки, кроме адсорбированного фтористого водорода содержит уловленную из электролизных газов пыль, содержащую твердые фториды, углерод и смолистые вещества (при очистке газов от электролизеров Содерберга).

Для фторированного глинозема характерны небольшие изменения угла естественного откоса, дисперсного состава, величины удельной поверхности и ряда других параметров. Увеличивается содержание примесей (Si02, РегОз, Na20. К2О, Р2О5, V2O5, СаО, МдО. МпО, СггОз. ZnO), однако эти изменения происходят в допустимых пределах, что подтверждается практикой эксплуатации установок сухой очистки газов.

3.1    Производство глинозема.........................................................................................82

3.1.1    Расход сырья, материалов и электроэнергии................................................82

3.1.2    Характеристика эмиссий..................................................................................83

3.2    Производство анодов и анодной массы.................................................................87

3.3    Производство первичного алюминия......................................................................92

3.3.1    Расход сырья, материалов и электроэнергии................................................92

3.3.2    Характеристика эмиссий..................................................................................93

3.4    Литейное производство.........................................................................................108

3.5    Производство технического кремния....................................................................108

3.5.1    Расход сырья, материалов и электроэнергии..............................................108

3.5.2    Характеристика эмиссий................................................................................109

Раздел 4. Определение наилучших доступных технологий...........................................112

4.1    Производство глинозема.......................................................................................112

4.1.1    Производство глинозема из бокситов по комбинированному

способу (параллельная схема Байер-слекания)...................................................112

4.1.2    Производство глинозема по способу спекания нефелинов........................113

4.2    Анодное производство...........................................................................................114

4.2.1    Производство анодной массы для самообжигающихся анодов.................115

4.2.2    Производство обожженных анодов...............................................................116

4.3    Производство первичного алюминия....................................................................117

4.3.1    Электролиз в электролизерах с предварительно обожженными

анодами...................................................................................................................119

4.3.2    Электролиз в электролизерах Содерберга с боковым подводом

тока к аноду (БТ) и шторными укрытиями.............................................................122

4.3.3    Электролиз в электролизерах с верхним подводом тока к аноду

(ВТ) по технологии «Экологический Содерберг» («ЭкоСодерберг»)..................123

4.3.4    Электролиз в электролизерах с верхним подводом тока к аноду

(ВТ) с использованием производственных систем...............................................125

4.4    Производство по выпуску алюминия и его сплавов с применением

автоматизированных литейных линий........................................................................127

4.5    Описание технологии производства технического кремния................................128

Раздел 5 Наилучшие доступные технологии..................................................................129

5.1    Производство глинозема...................................................................................129

5.2    Производство анодов и анодной массы...........................................................130

5.3    Производство первичного алюминия...............................................................132

В наибольшей степени примесями обогащены мелкие фракции отработанного глинозема (<10 мкм).

Дисперсный состав фторированного глинозема по сравнению со свежим немного изменяется в сторону увеличения мелких фракций за счет смешения глинозема с электролизной пылью, а также измельчения более крупной фракции при транспортировке и обработке в реакторе (истирания). Увеличение доли мелких фракций может привести к некоторому увеличению расхода глинозема за счет его пыления. Также для снижения пыления в корпусе электролиза подачу отработанного глинозема в электролизеры целесообразно осуществлять через АПГ В корпусах электролиза, где АПГ отсутствует, во избежание вторичного пылеуноса, а также вторичного образования HF в результате гидролиза фтористых соединений в случае перегрева фторированного глинозема в нижних слоях глиноземной засыпки на корке электролита рекомендуется засыпаемый на корку фторированный глинозем присыпать свежим глиноземом.

В процессе «сухой» газоочистки возможно улавливание глиноземом диоксида серы (SO2). Для уменьшения степени улавливания SO2 глиноземом целесообразно применять рециркуляцию глинозема в соответствии с технологическим регламентом на проектирование установки

При адсорбции фтористого водорода глиноземом в установках «сухой» ГОУ происходит изменение структуры последнего, атомы фтора входят в кристаллическую решетку AI2O3, происходит практически полное замещение атомов кислорода атомами фтора в решетке AI2O3. Таким образом, использование в технологии электролиза фторированного глинозема позволяет существенно сократить расход фторсолей. Экономия свежего фтористого алюминия при использовании фторированного глинозема может составлять от 6 до 11 кг/т AI.

Исследование потерь фтора при термообработке фторированных глиноземов показало, что фторированный глинозем можно возвращать на корку электролита без опасения вторичного загрязнения фтористым водородом воздуха рабочей зоны.

Отработанный фторированный глинозем с «сухих» ГОУ корпусов электролиза Содерберга, загрязненный смолистыми веществами, при загрузке в электролизеры также не оказывает отрицательного влияния на технологию электролиза и атмосферу в корпусе. Смолистые вещества, содержащиеся в отработанном глиноземе, при загрузке его в электролизеры не выделяются в атмосферу, а разрушаются в результате сгорания.

Криолит искусственный технический. В производственной терминологии «свежий криолит» - фторалюминат натрия переменного состава nNaF AIF3. Содержит не менее 54 вес. % фтора; модуль п в пределах 1,5-3,0; S04²" - 0,5-1,0 %; вода - 0,2-0,8 %.

В зависимости от криолитового модуля п состоит:

-    при п £ 1,7-3,0 - из смеси криолита (3NaF AIF3) и хиолита (5NaF 3AIF3);

-    при п < 1,7 - из смеси криолита (3NaF AIF3), хиолита (5NaF 3AIF3) и необезво-женного кристаллогидрата трифторида алюминия (AIF3 xHF уНгО).

Криолит (3NaF AIF3) представляет собой порошок белого цвета крупностью до 150 мкм. Температура плавления криолита -1010 °С.

С увеличением модуля криолита увеличивается температура его плавления, снижаются летучесть и склонность к гидролизу.

5.4    Литейное производство.....................................................................................136

5.5    Производство технического кремния....................................................................136

Раздел 6. Экономические аспекты реализации наилучших доступных

технологий..........................................................................................................................138

6.1    Производство первичного алюминия....................................................................138

6.2    Производство кремния...........................................................................................141

Раздел 7. Перспективные технологии..............................................................................143

7.1    Перспективные направления в производстве алюминия....................................143

7.2    Перспективные направления в производстве глинозема....................................144

7.3    Перспективные технологии при производстве кремния......................................144

Раздел 8. Производство вторичного алюминия..............................................................146

8.1    Общие сведения......................................................................................146

8.1.1    Сырье и материалы, использующиеся при производстве

вторичного алюминия..............................................................................................147

8.1.2    Анализ приоритетных проблем отрасли.......................................................149

8.2    Описание технологических процессов при производстве вторичного

алюминия......................................................................................................................151

8.2.1    Технологические схемы переработки лома и отходов алюминия..............154

8.2.1.1    Измельчение................................................................................................154

8.2.1.2    Классификация для сортировки.................................................................159

8.2.1.3    Технологические линии для механического обогащения.........................163

8.2.1.4    Технологическая линия для переработки лома........................................163

8.2.1.5    Технологическая линия для обработки шлака..........................................165

8.2.2 Технологическая линия для обработки стружки..........................................167

8.2.2.1    Извлечение металла при плавке стружки.................................................173

8.2.2.2    Удаление покрытия.....................................................................................173

8.2.3 Производство вторичного алюминия............................................................174

8.3    Текущие уровни потребления ресурсов и эмиссий в окружающую

среду..............................................................................................................................189

8.3.1    Производство вторичного алюминия............................................................189

8.3.1.1    Расход сырья, материалов и электроэнергии...........................................189

8.3.1.2    Неорганизованные выбросы............................................................193

8.3.1.3    Выбросы органических соединений..................................................193

8.4    Перечень наилучших доступных технологий для производства

вторичного алюминия..................................................................................................194

8.4.1    Системы экологического менеджмента (СЭМ)............................................194

8.4.2    Контроль технологических процессов и мониторинг эмиссий..................195

8.5 Перспективные технологии....................................................................................198

8.5.1    Перспективные направления в сортировке и подготовке

алюминиевого вторичного сырья для переработки..............................................198

8.5.2    Перспективное направление в производстве вторичного

алюминия.................................................................................................................198

Заключительные положения и рекомендации.................................................................200

Приложение А (обязательное) Перечни маркерных веществ и

технологических показателей для производства алюминия..........................................202

Приложение Б (обязательное) Энергоэффективность..................................................206

Приложение В (обязательное) Перечень НДТ для производства

первичного алюминия.......................................................................................................212

Приложение Г (обязательное) Перечень НДТ для производства

вторичного алюминия........................................................................................................213

Приложение Д (обязательное) Заключение по наилучшим доступным

технологиям «Производство алюминия».........................................................................214

Библиография....................................................................................................................235

Введение

Настоящий справочник НДТ представляет собой документ по стандартизации, разработанный в результате анализа технологических, технических и управленческих решений, применяемых при производстве первичного и вторичного алюминия, а также при производстве технического кремния.

Справочник НДТ разработан взамен справочника ИТС НДТ 11-2016 «Производство алюминия» в соответствии с распоряжением от 30.04.2019 г. № 866-р «Об утверждении поэтапного графика актуализации информационно-технических справочников по наилучшим доступным технологиям».

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 от 10 января 2002 г, № 7-ФЗ «Об охране окружающей среды»;

-    Федеральный закон от 4 мая 1999 г. № 96-ФЗ «Об охране атмосферного воздуха»;

-    Федеральный закон от 24 июня 1998 г. № 89-ФЗ «Об отходах производства и потребления»;

-    Постановление Правительства РФ от 23 декабря 2014 г. № 1458 «О порядке определения технологии в качестве наилучшей доступной технологии, а также разработки, актуализации и опубликования информационно-технических справочников по наилучшим доступным технологиям».

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

НкАЗ - Новокузнецкий алюминиевый завод (ОАО «РУСАЛ Новокузнецк»)

ОА - обожженные аноды

ПОА - предварительно обожженные аноды

ПЭК - производственный экологический контроль

КШ - АО «Кремний» г. Шелехов

РКУ - ООО «РУСАЛ Кремний Урал»

РТП - рудотермическая печь

РКО - рудовосстановительная, круглая, открытая печь

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

Предисловие

Цели, основные принципы и порядок разработки справочника установлены Постановлением Правительства Российской Федерации от 23 декабря 2014 г. № 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 Росстандарта от 21 июля 2019 г. № 2171.

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 (первичного и вторичного), а также при производстве технического кремния технологических процессов, оборудования, технических способов, методов, в том числе позволяющих снизить негативное воздействие на окружающую среду, водопотребление. повысить энергоэффективность, ресурсосбережение. Среди описанных технологических процессов, оборудования, технических способов, методов определены решения, являющиеся наилучшими доступными технологиями (НДТ). Для НДТ в справочнике установлены 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, была 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 Минпромторга России от 18 апреля 2017 г № 1234.

6.    Взаимосвязь с другими справочниками НДТ

Взаимосвязь настоящего справочника НДТ с другими справочниками НДТ приведена в разделе «Область применения».

7.    Информация об утверждении, опубликовании и введении в действие

Справочник утвержден приказом Росстандарта № 2980 от 12 декабря 2019 г.

Справочник введен в действие с 1 марта 2020 г., официально опубликован в информационной системе общего пользования - на официальном сайте Федерального агентства по техническому регулированию и метрологии в сети Интернет (www.gost.ru).

ИНФОРМАЦИОННО-ТЕХНИЧЕСКИЙ СПРАВОЧНИК ПО НАИЛУЧШИМ ДОСТУПНЫМ ТЕХНОЛОГИЯМ

ПРОИЗВОДСТВО АЛЮМИНИЯ

Aluminium production

Дата введения -2020-03-01

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 и алюминиевых сплавов);

-    производство технического кремния;

-    процессы подготовки вторичного алюминиевого сырья для переработки;

-    процессы производства вторичного алюминия.

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

-    хранение и подготовка сырья, топлива, продукции;

-    производственные процессы;

-    методы предотвращения и сокращения эмиссий и образования отходов.

Справочник не распространяется на:

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

-    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 1.