Повышение эффективности ресурсосбережения при производстве алюминия электролизом на основе использования футеровочных материалов катода

• Автор: Патрин, Роман Константинович
• Шифр специальности: 05.16.02
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2015
• Место защиты: Санкт-Петербург
• Количество страниц: 127 с. : ил.

ОГЛАВЛЕНИЕ
Введение
ГЛАВА 1 ПРОБЛЕМЫ ЭКСПЛУАТАЦИИ ВЫСОКОАМПЕРНЫХ ЭЛЕКТРОЛИЗЕРОВ И УТИЛИЗАЦИИ ОТХОДОВ КАТОДНОЙ ФУТЕРОВКИ... Л О

1.1 Особенности эксплуатации катодных устройств высокоамперных электролизеров

1.2 Эволюция катодного устройства электролизера

1.2.1 Современный катодный кожух

1.2.2 Новые футеровочные материалы в катодном устройстве

1.2.3 Перспективные инновационные решения в области модернизации катодных устройств

1.3 Характеристики отработанной катодной футеровки

Выводы по главе

ГЛАВА 2 МЕТОДЫ ИССЛЕДОВАНИЯ
2.1 Используемые материалы и аппаратура
2.2 Лабораторная установка для термообработки футеровки
ГЛАВА 3 ПОВЫШЕНИЕ СРОКА СЛУЖБЫ АЛЮМИНИЕВОГО ЭЛЕКТРОЛИЗЕРА
3.1 Анализ условий гетерогенного взаимодействия «расплав-футеровка»
3.2 Причины разрушения катодного устройства и изучение отработанных футеровочных материалов
3.3 Технические и технологические решения по повышению срока службы мощного алюминиевого электролизера
Выводы по главе

ГЛАВА 4 РЕСУРСОСБЕРЕГАЮЩАЯ ТЕХНОЛОГИЯ ПЕРЕРАБОТКИ
ОТРАБОТАННЫХ КАТОДНЫХ ФУТЕРОВОЧНЫХ МАТЕРИАЛОВ
4.1 Особенности и варианты переработки и использования отработанной катодной футеровки
4.2 Особенности технологий извлечения полезных компонентов из отработанной футеровки
4.3 Перспективные промышленные способы переработки футеровки
4.4 Пирометаллургическая обработка отработанной футеровки
4.4.1. Термодинамический расчет процесса термической обработки
4.4.2 Исследование смесей дифференциально-термическим анализом
4.5 Обработка отработанных материалов футеровки в барабанной печи
4.5.1 Выбор режимов термической обработки смесей катодной футеровки
4.5.2 Исследование продуктов переработки в виде обожженного остатка
4.5.3 Технологическая схема переработки футеровочных материалов катода алюминиевого электролизера
Выводы по главе
ЗАКЛЮЧЕНИЕ
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

ВВЕДЕНИЕ
Актуальность исследовании. Единственным промышленным способом производства алюминия более чем 120 лет является электролиз криолит-глиноземного расплава (способ Холла-Эру). В течение всего периода эксплуатации электролизера из-за высокой пористости используемых в катоде углеграфитовых и огнеупорных материалов происходит инфильтрация криолит-глиноземного расплава (КГР), что приводит к деградации и интенсивному разрушению футеровки катодного устройства, объем образования которой составляет —25 кг/т А1. В настоящее время не найдены рациональные решения по использованию отработанной футеровки, которая после демонтажа хранится на полигонах и заводских складах. При этом, в связи с остановкой экономически неэффективных производственных мощностей в западной и центральной части России, и в соответствии со стратегическим планом развития ОК РУСАЛ, вопросы переработки отработанной футеровки заслуживают особое внимание.
В тоже время отработанная футеровка является сырьем и оказывает экологическую нагрузку на производственные территории, так как при взаимодействии материалов катода с электролитом и металлом, происходит их насыщение фторидами, редкоземельными и щелочными металлами и высокотоксичными веществами. А в условиях интенсификации современного процесса электролиза, при увеличении амперной нагрузки выше проектных показателей, возникает необходимость использования новых материалов и принятия инновационных технических решений для катодного устройства алюминиевого электролизера, которые направлены на повышение срока службы и улучшение технико-экономических показателей процесса в целом.
Различным аспектам и вопросам ресурсосбережения в производстве первичного алюминия, в том числе переработке отходов электролизного производства, посвящены исследования известных отечественных ученых, среди которых следует выделить работы А.И. Беляева, М.Б. Рапопорта, Ю.В. Баймакова, М.М. Ветюкова, А.М. Цыплакова, М.Я. Минциса, Б.П. Куликова, С.П. Истомина,

свою токсичность, представляют собой сложное многокомпонентное сырье, которое можно подвергнуть переработке с целью извлечения полезных компонентов, как для возвращения в цикл производства алюминия, так и для продажи в различные сферы промышленности.
В силу актуальности проблемы необходимо изучить состав отработанной футеровки, разработать способ переработки, дать методы и предложения по снижению воздействия на атмосферу. При этом методы утилизации отработанной футеровки должны быть основаны на физико-химических исследованиях свойств и структуры данных отходов электролизного производства, которые позволят определить принципиальную возможность их использования в различных отраслях промышленности.