Дипломная работа (бакалавр/специалист) на тему Утилизация и переработка отработанных анодов на на БоАЗ

Содержание:

Перечень принятых сокращений 4
Введение 5
1 Технико-экономическое обоснование 7
1.1 Краткая характеристика предприятия 7
1.1.1. Технология производства первичного алюминия 8
1.1.2. Состав и требования к сырью 12
1.1.3. Характеристика технологического процесса на БоАЗ 14
1.1.4 Процесс работы обожжённого анода в алюминиевом электролизере 15
1.2. Оценка воздействия предприятия на окружающую среду 18
1.2.1. Экологическая структурная карта-схема воздействия предприятия на окружающую среду 18
1.2.2 Воздействие на атмосферу 21
1.2.3 Воздействие на гидросферу 23
1.2.4. Отходы производства алюминия 23
1.3. Выбор и обоснование способа реализации проектного решения 27
1.3.1 Анализ существующих методов утилизации анодных огарков алюминиевого производства. Отечественный и международный опыт решения вопроса 27
1.3.2. Разработка предложений по утилизации отработанных анодов на БоАЗ 28
2. Технологические решения 30
2.1. Технологическая схема переработки анодов на БоАЗ 30
2.2 Расчет оборудования 30
4. Безопасность и экологичность проекта 32
4.1. Требование к безопасности труда на алюминиевом производстве 32
4.2. Порядок действий в чрезвычайных ситуациях на БоАЗ 37
5. Эффективность инвестиций 44
5.1. Определение экономического эффекта 44
5.2. Определение экологического эффекта 48
Заключение 52
Список использованных источников 53
Приложения 55

Введение:

Электродами, в широком смысле этого слова, называют проводники, служащие для подвода электрического тока к среде, на которую он воздействует. Эта среда может быть водным раствором, расплавленным или твёрдым раскалённым веществом. Их изготавливают из различных токоподводящих материалов, например, железа, меди, углерода и др.
Одним из наиболее крупным потребителем электродов является алюминиевая промышленность. Электроды здесь работают в весьма жёстких эксплутационных условиях (высокая температура, агрессивная среда в виде расплавленных солей и т.д.), поэтому они должны удовлетворять следующим основным требованиям: выдерживать высокую температуру; иметь хорошую электропроводность, малую пористость и достаточную механическую прочность; обладать хорошей стойкостью против окисления кислородом воздуха и разъедания различными химическими веществами; содержать минимальное количество примесей; иметь правильную геометрическую форму; быть достаточно дешёвыми.
Среди всех сырьевых материалов, необходимых для производства первичного алюминия, сырье для производства анодов отличается самым большим разбросом параметров и свойств, определяющих качество. Некондиционные аноды существенно влияют на стоимость производства металла и выбросы парниковых газов. Годовая производительность современных алюминиевых заводов составляет от 750 до 800 тыс. тонн, при расширении производства производительность может увеличиваться вдвое. Начальная годовая производительность смесильно-прессовых отделений на таких заводах должна составлять 500 тыс. тонн с возможностью увеличения до двух раз при двукратном расширении завода.
Многие годы работы по постоянному развитию и проектированию позволили заводам повысить силу тока, количество электролизеров, адаптировать выпрямители к повышенному напряжению и увеличить производительность. Смесильно-прессовые отделения, к сожалению, были лишены такого развития и проектирования, это привело к тому, что работоспособность и производительность даже самых современных смесильно-прессовых отделений остается очень низкой (35 т/ч). Все это говорит об острой необходимости в новой технологии эффективного производства высококачественных анодов при низких производственных затратах, с использованием низкокачественного сырья, поскольку материалы высшего сорта теряют свою доступность. Такие заводы должны создавать минимальные выбросы в окружающую среду, работать по самым высоким стандартам безопасности и здоровья. Такая технология должна ежедневно обрабатывать большие объемы сырья, обеспечивать производство и хранение большого количества зеленых и обожженных анодов. Поставщик технологий смесильно-прессового отделения должен учитывать стремление заводов к повышению количества произведенной продукции за счет повышения силы тока электролизеров и увеличения размеров анодов.
Производство алюминия является не только источником вредного воздействия на атмосферу. В результате работы заводов в данной отрасли образуется огромное количество промышленных отходов, которые также негативно влияют на окружающую среду (красный шлам, огарки анодов, отработанный электролит и т.д.).
Серьезные проблемы возникают в части использования огарков, так как на Богучанском алюминиевом заводе нет анодного производства и в связи с этим огарки приходится перевозить на длительные расстояния к производителю. Поэтому актуальной задачей промышленных производителей является разработка технологий утилизации отработанных анодов.
Целью дипломного проекта является разработка технических предложений по применению отработанных анодов, на примере Богучанского алюминиевого завода.
Достижение поставленной цели подразумевает выполнение следующих задач:
 предложить и обосновать способы утилизации обожжённых анодов на Богучанском алюминиевом заводе;
 изучить технические, экономические и экологические особенности технологического цикла производства и утилизации отработанных анодов на Богучанском алюминиевом заводе;
 проанализировать безопасность процесса производства и переработки отработанных анодов с точки зрения охраны труда и окружающей среды, обеспечения пожарной безопасности;
 рассчитать экономический и экологических эффект предлагаемых технических решений.
Объектом исследования дипломной работы является электролизное производство Богучанского алюминиевого завода.
Предмет исследования – способы переработки отработанных, предварительно (обожжённых) анодов алюминиевого производства.

Заключение:

В результате выполнения дипломной работы, была доказана актуальность вопроса утилизации отработанных анодов (их огарков или брака производства). В первую очередь это вызвано агрессивностью пыли анодов и возможностями рекуперации энергии, после их извлечения из электролизеров.
Анализ технологической схемы Богучанского алюминиевого завода, в том числе с точки зрения образования отходов анодного производства, и современных методов утилизации отработанных анодов позволил обосновать способ их переработки. Его суть состоит в том, чтобы отработанные аноды после эксплуатации помещались в специальные контейнеры, в которых они после остывания направляются в цех дробления и возвращаются в производственный процесс алюминия. Данное техническое решение целесообразно как с экономической, так и с экологической точки зрения.
Экономический эффект предлагаемых решений состоит в экономии природного газа более чем на 10% за счет использования тепла огарков.
Экологических эффект состоит в уменьшении ущерба окружающей среде, который мог быть причинён ей в результате захоронения огарков на специальных полигонах, добычи новых объемов полезных ископаемых для производства алюминия.
Установлено, что опасными факторами, кроме пыления производства алюминия, на БоАЗ могут быть повышенная температура в цехах и опасность поражения электрическим током. Из-за особенностей технологического процесса, последнее – крайне опасно для жизни человека.

Фрагмент текста работы:

1. Технико-экономическое обоснование
1.1 Краткая характеристика предприятия
Богучанский алюминиевый завод – одно из самых современных и крупнейших металлургических предприятий в России. Строительство завода идет в самом центре страны – в Красноярском крае (Богучанский район) на территории более 2,3 кв. км (231 га). Первая очередь производства на Богучанском алюминиевом заводе запущена в эксплуатацию в 2016 году.
Завод является частью Богучанского энерго-металлургического объединения (БЭМО) – уникального совместного проекта компаний РУСАЛ и «РусГидро». В БЭМО, помимо Богучанского алюминиевого завода, также входит Богучанская гидроэлектростанция (БоГЭС) – вместе они образуют мощнейший производственный комплекс, в рамках которого высокоэнергоемкое производство алюминия на заводе будет обеспечено собственной электроэнергией, а ГЭС получит гарантированного крупнейшего потребителя.
Производство на Богучанском алюминиевом заводе отвечает самым современным международным экологическим требованиям в области производства алюминия и сертифицировано на соответствие международному стандарту системы экологического менеджмента ISO 14001. Проект строительства Богучанского алюминиевого завода был разработан с учетом политики компании РУСАЛ в области охраны окружающей среды, здоровья и безопасности человека, которая основана на комплексном подходе к проблеме сокращения выбросов, охватывающем всю технологическую цепочку производства алюминия.
По проектной мощности производства Богучанский алюминиевый завод занимает третье место в России после Красноярского и Братского алюминиевых заводов – БоАЗ способен выпускать почти 600 тыс. тонн алюминия в год. Его производственный комплекс состоит из двух серий производительностью 296 тыс. тонн каждая.
Производство алюминия на Богучанском алюминиевом заводе основано на самой распространенной в мире технологии электролиза с использованием предварительно обожженных анодов. В производственных цехах завода после завершения строительства будет установлено 672 электролизера марки РА-300Б, производительностью 2,4 т алюминия в сутки каждый.
На предприятии после выхода на полную мощность будет работать почти 3500 человек, более половины из которых будет занято на основном производстве завода.
Для транспортного обслуживания Богучанского алюминиевого завода на железнодорожной ветке Карабула-Решеты строится станция «Пихтовая», которая уже соединила железнодорожные пути общего пользования с путями БоАЗа. На первом этапе пропускная способность станции «Пихтовая» составит 1 млн. тонн груза в год, затем будет увеличена до 2,1-2,2 миллиона тонн в год (260 вагонов в сутки).
Общий объем инвестиций в строительство Богучанского алюминиевого завода (достройка до полной мощности 588 тыс. тонн в год, без учета строительства анодной фабрики) составляет 2,6 млрд. долларов. Объем финансирования строительства первой серии мощностью 296 тыс. тонн в год составляет 1,6 млрд. долларов.
Проект финансируется как за счет собственных средств РУСАЛа и «РусГидро», так и в рамках проектного финансирования «Внешэкономбанка» (ВЭБ), Наблюдательный совет которого в июле 2010 года одобрил предоставление проекту кредитной линии.
1.1.1. Технология производства первичного алюминия
Технологический процесс в алюминиевом электролизере – сложный комплекс взаимосвязанных химических, физико-химических и физических процессов, они основаны на электролитическом разложении глинозема (Al2O3) с выделением на катоде металлического алюминия, а на аноде – газообразных продуктов электролиза при температуре приблизительно 960оС. На рисунке 1 схематически изображена электролитическая ячейка, в которой можно произвести электролиз криолитоглиноземных расплавов.

Образовавшийся на катоде алюминий по удельному весу тяжелее электролита, накапливается на дне ячейки и в последующем выполняет функции катода. Углекислый газ за счет взаимодействия с углеродом анода частично восстанавливается по реакции CO2+C=2CO и свободно удаляется от анода в систему газоотсоса. В качестве электролита используют криолит, имеющий формулу 3NaFAlF3 или в суммарном виде Na3AlF6.
Криолит в расплавленном состоянии хорошо растворяет глинозем и достаточно электропроводен для использования в электролизе.
При электролизере на катоде выделяется алюминий, а аноде – кислород. Алюминий, обладающий большей плотностью, чем исходный расплав, собирается на дне электролизера, откуда его периодически извлекают спецковшами и передают в литейное отделение для получения товарной продукции.
На Богучанском алюминиевом заводе (БоАЗ) в корпусах электролиза установлены электролизеры на силу тока 320 кА. Электролизеры соединены последовательно и образуют серию электролиза. На рисунке 2 изображен агрегат промышленного алюминиевого электролизера или по другому его называют алюминиевая ванна.
Содержимое электролизера – расплавленный электролит и алюминий находятся в ванне, ограниченной угольной подиной и бортовой футеровкой. Ниже подины размещена футеровка из огнеупорного материала и теплоизоляционного материалов. Ток в подине проводится с помощью стальных стержней (блюмсов), соединенных с катодной ошиновкой. Через анодную ошиновку ток проводится к анодному устройству и непосредственно к угольным анодам. Таким образом, в ходе этого процесса происходит непрерывный расход углеродных анодов. Анод находится в полупогруженном состоянии в электролите, расстояние между анодом и расплавленным алюминием носит название межполюсного расстояния (МПР).