cvmetИзвестия вузов. Цветная металлургияIzvestiya. Non-Ferrous Metallurgy0021-34382412-8783НИТУ МИСИС10.17073/0021-3438-2017-3-45-55cvmet-506Research ArticleМеталлургия цветных металловMetallurgy of Non-Ferrous MetalsПОВЫШЕНИЕ ЭФФЕКТИВНОСТИ СИСТЕМ ГАЗООЧИСТКИ В АЛЮМИНИЕВОМ ПРОИЗВОДСТВЕINCREASING THE EFFICIENCY OF GAS-SCRUBBING SYSTEMS IN ALUMINUM PRODUCTIONГоловныхН. В.GolovnykhN. V.

Кандидат химических наук, ведущий инженер лаборатории экологической геохимии и физико-химического моделирования 

(664033, г. Иркутск, ул. Фаворского, 1а). 

Cand. Sci. (Chem.), leading engineer of the Laboratory of environmental geochemistry and physico-chemical modeling

(664033, Russia, Irkutsk, Favorskii str., 1a).  

Golovnykh@igc.irk.ruБычинскийВ. А.BychinskiV. A.

Кандидат геолого-минералогическтх наук, старший научный сотрудник лаборатории экологической геохимии и физико-химического моделирования ИГХ СО РАН, доцент кафедры геохимии Иркутского гос. университета 

(664003, г. Иркутск, ул. Карла Маркса, 1)

Cand. Sci. (Geol.-Miner.), senior researcher of the Laboratory of environmental geochemistry and physico-chemical modeling of the Institute of Geochemistry of the SB RAS, assistant professor of Department of geochemistry of the Irkutsk State University

(664003, Russia, Irkutsk, Karl Marks str., 1). 

val@igc.irk.ruФилимоноваЛ. М.FilimonovaL. M.l.filimonova2012@yandex.ruЧудненкоК. В.ChudnenkoK. V.Chud@igc.irk.ruШепелевИ. И.ShepelevI. I.

Доктор технических наук, профессор кафедры «Строительные материалы и технологии строительства»

(660041, г. Красноярск, пр. Свободный, 79)

Ekoing@mail.ruИнститут геохимии им. А.П. Виноградова СО РАНРоссияInstitute of Geochemistry of the SB RASRussian FederationИнститут геохимии им. А.П. Виноградова СО РАН; Иркутский государственный университетРоссияInstitute of Geochemistry of the SB RAS; Irkutsk State UniversityRussian FederationСибирский федеральный университетРоссияInstitute of Geochemistry of the SB RASRussian Federation201712062017034555Copyright © Головных Н.В., Бычинский В.А., Филимонова Л.М., Чудненко К.В., Шепелев И.И., 20172017Головных Н.В., Бычинский В.А., Филимонова Л.М., Чудненко К.В., Шепелев И.И.Golovnykh N.V., Bychinski V.A., Filimonova L.M., Chudnenko K.V., Shepelev I.I.Данная работа распространяется под лицензией Creative Commons Attribution 4.0.This work is licensed under a Creative Commons Attribution 4.0 License.https://cvmet.misis.ru/jour/article/view/506

Показана возможность повышения эффективности систем газоочистки в алюминиевом производстве за счет совершенствования технологий улавливания и переработки жидких и твердых отходов. Предложен безотходный процесс рециклинга отходов «мокрой» газоочистки, позволяющий получать фторалюминаты с криолитовым модулем не более 1,8–2,0. В процессе переработки растворов газоочистки оптимальное соотношение фторалюминиевой кислоты и фтори-да натрия составляет 14 : 9 (г/кгН2О), что обеспечивает наиболее полное связывание алюмофторидных ионов в продукты регенерации. Интервал pH < 4 служит областью получения Na5Al3F14 (с примесью AlF3), при pH = 4÷6 происходит структурный переход от хиолита к криолиту Na3AlF6. Данный цикл предусматривает попутное получение сульфата алюминия и углеродистых концентратов, безотходную переработку фторидно-глиноземных шламов, а также использование диоксида углерода в процессах нейтрализации и очистки сточных вод. Рассчитаны оптимальные параметры, обеспечивающие снижение выбросов и улучшение баланса компонентов при внедрении «сухой» газоочистки в комбинированную (параллельную и последовательную) схему газоочистных и регенерационных сооружений.

The paper demonstrates the possibility of increasing the efficiency of gas scrubbing systems in aluminum production by improving technologies for trapping and treatment of liquid and solid waste. The paper proposes a non-waste process of «wet» gas scrubbing waste recycling, which makes it possible to obtain fluoroaluminates with a cryolite module of no greater than 1,8–2,0. During treatment of gas scrubbing solutions the optimum ratio of fluoroaluminium acid to sodium fluoride is 14 : 9 (g/kgН2О), which ensures the most complete bonding of aluminum fluoride ions into regeneration products. The pH interval 5Al3F14 (admixed with AlF3), with structural transition from the chiolite to the cryolite Na3AlF6 occurring at pH = 4÷6. This cycle provides for the simultaneous production of aluminum sulfate and carbon concentrates, non-waste treatment of fluoride-alumina slurries, and the use of carbon dioxide in processes of neutralization and treatment of sewage. The paper calculates optimum parameters which ensure emission reduction and improve the balance of components when introducing the «dry» gas scrubbing into a combined (parallel and sequential) scheme of gas scrubbing and regeneration facilities.

газоочистные и регенерационные технологииэлектролизрастворы и шламы газоочисткиглиноземфторалюминатысульфатырециклинг отходовсокращение выбросовgas scrubbing and regeneration technologieselectrolysissolutions and slurries of gas scrubbingaluminafluoroaluminatessulfateswaste recyclingemission reductionReferencesГринберг И.С. Экология и безопасность в производстве алюминия. СПб.: Изд-во МАНЭБ, 2006.Grinberg I.S. Ekologiya i bezopasnost’ v proizvodstve alуuminiya [Ecology and safety in the production of aluminum]. St. Petersburg: MANEB, 2006.Nordheim E. Environmental regulations and performance for European smelters // Light Metals / Ed. H. Kvande. TMS, 2005. P. 275–277.Nordheim E. Environmental regulations and performance for European smelters. In: Light Metals. Ed. H. Kvande. TMS, 2005. P. 275–277.Dando N.R., Tang R. Impact of tending practices on fluoride evolution and emission aluminum smelting pots // Light Metals / Ed. T.J. Galloway. Wiley-TMS, 2006. Vol. 2. P. 203–206.Dando N.R., Tang R. Impact of tending practices on fluoride evolution and emission aluminum smelting pots. In: Light Metals. Ed. T.J. Galloway. Wiley-TMS, 2006. Vol. 2. P. 203–206.Буркат В.С., Калужский Н.А., Смола В.И., Сафарова Л.Е. Современное состояние и пути повышения экологической безопасности производства алюминия // Цвет. металлы. 2001. No. 12. С. 89–94.Burkat V.S., Kaluzhskiy N.A., Smola V.I., Safarova L.E. Sovremennoe sostoyanie i puti povysheniya ekologi-cheskoi bezopasnosti proizvodstva alуuminiya [Current state and ways to improve the environmental safety of the production of aluminum]. Tsvetnye metally. 2001. No. 12. P. 89–94.Куликов Б.П., Истомин С.П. Переработка отходов алюминиевого производства. СПб: Изд. МАНЭБ, 2004.Kulikov B.P., Istomin S.P. Pererabotka otkhodov alyuminievogo proizvodstva [Recycling aluminum production]. St. Petersburg: MANEB, 2004.Головных Н.В., Бычинский В.А., Филимонова Л.М., Чудненко К.В. Оптимизация рециклинга фторсодержащих соединений в производстве алюминия // Цвет. металлургия. 2015. No. 5. С. 64–69.Golovnykh N.V., Bychinskiy V.A., Filimonova L.M., Chudnenko K.V. Optimizatsiya retsiklinga ftorsoderzhashchikh soedinenii v proizvodstve alуuminiya [Optimizing recycling fluorine-containing compounds in the production of aluminum]. Tsvetnaya metallurgiya. 2015. No. 5. P. 64–69.Clouter B., Dumortier P., Caratge B. A novel reactor / filter concept for dry scrubbing // Light Metals / Ed. R. Hug-len. TMS, 1997. P. 187–190.Clouter B., Dumortier P., Caratge B. A novel reactor / filter concept for dry scrubbing. In: Light Metals. Ed. R. Hu-glen. TMS, 1997. P. 187–190.Pedersen T.B. The Soderberg cell technology — present performance, challenges and possibilities // Ligh Metals / Ed. J.L. Anjier. Minerals, Metals & Materials Society, 2001. P. 489–495.Pedersen T.B. The Soderberg cell technology — present performance, challenges and possibilities. In: Ligh Metals. Ed. J.L. Anjier. Minerals, Metals & Materials Society, 2001. P. 489–495.Shuk L., Wedde G. Removal of impurities from dry scrubbed fluorideenriched alumina // Light Metals / Ed. W. Hale. Minerals, Metals & Materials Society, 1996. P. 399–403.Shuk L., Wedde G. Removal of impurities from dry scrubbed fluorideenriched alumina. In: Light Metals. Ed. W. Hale. Minerals, Metals & Materials Society, 1996. P. 399–403.Головных Н.В., Истомин С.П., Веселков В.В., Киселев А.И. Разработка процессов термогрануляции при утилизации фторсодержащих отходов // Экология пром. пр-ва. 2003. No. 1. С. 39–46.Golovnykh N.V., Istomin S.P., Veselkov V.V., Kiselev A.I. Razrabotka protsessov termogranulyatsii pri utilizatsii ftorsoderzhashchikh otkhodov [Development of thermal processes of granulation for recycling of fluorine-containing waste]. Ekologiya promyshlennogo proizvodstva. 2003. No. 1. P. 39–46.Lamb W.D. Role and fate of SO2 in the aluminium reduction cell dry scrubbing system. Metallurgical society of AIME // Ligh Metals / Ed. W.S. Peterson. American Institute of Mining, Metallurgical and Petroleum Engineers, 1979. P. 909–925.Lamb W.D. Role and fate of SO2 in the aluminium reduction cell dry scrubbing system. Metallurgical society of AIME. In: Ligh Metals. Ed. W.S. Peterson. American Institute of Mining, Metallurgical and Petroleum Engineers, 1979. P. 909–925.Haberl A., Langle J.F. Dry and wet scrubbersfor High-Amperage Pots Some Resent Development // Light Metals / Ed. W. Schneider. TMS, 2002. P. 269–276.Haberl A., Langle J.F. Dry and wet scrubbersfor High-Amperage Pots Some Resent Development. In: Light Metals. Ed. W. Schneider. TMS, 2002. P. 269–276.Wedde G., Opsahl T., Henriksen P.P. Experiences with high performance dry and wet scrubbing systems for potli-nes // Light Metals / Ed. A.T. Tabereaux. TMS, 2004. P. 357–360.Wedde G., Opsahl T., Henriksen P.P. Experiences with high performance dry and wet scrubbing systems for potlines. In: Light Metals. Ed. A.T. Tabereaux. TMS, 2004. P. 357–360.Dernedde E. Estimation of fluoride emissions to the atmosphere // Light Metals / Ed. B.J. Welch. Minerals, Metals & Materials Society, 1998. P. 317–322.Dernedde E. Estimation of fluoride emissions to the atmosphere. In: Light Metals. Ed. B.J. Welch. Minerals, Metals & Materials Society, 1998. P. 317–322.Iffert M., Kuenkel M., Skillas-Kazacos M., Welch B. Reduction of the emission from the Trimet aluminum smelter (optimizing dry scrubber operations and its impact on process operations) // Light Metals / Ed. T.J. Gal-loway. Wiley-TMS, 2006. Vol. 2. P. 195–201.Iffert M., Kuenkel M., Skillas-Kazacos M., Welch B. Reduction of the emission from the Trimet aluminum smelter (optimizing dry scrubber operations and its impact on process operations). In: Light Metals. Ed. T.J. Galloway. Wiley-TMS, 2006. Vol. 2. P. 195–201.Чудненко К.В. Термодинамическое моделирование в геохимии: теория, алгоритмы, программное обеспечение, приложения. Новосибирск: Акад. изд-во «Гео», 2010.Chudnenko K.V. Termodinamicheskoe modelirovanie v geokhimii: teoriya, algoritmy, programmnoe obespe-chenie, prilozheniya [Thermodynamic modeling in geochemistry: theory, algorithms, software, applications]. Novosibirsk: Geo, 2010.Дорогокупец П.И., Карпов И.К., Лашкевич В.В., Найгебауэр В.А., Казьмин Л.А. Изобарно-изотермические потенциалы минералов, газов и компонентов вод-ного раствора в программном комплексе «Селектор» // Физико-химические модели в геохимии. Новосибирск: Наука. Сиб. отд-ние, 1988. С. 124–147.Dorogokupets P.I., Karpov I.K., Lashkevich V.V., Naigebauer V.A., Kaz’min L.A. Izobarno-izotermicheskie po-tentsialy mineralov, gazov i komponentov vodnogo rastvora v programmnom komplekse «Selektor». In: Fiziko-khimicheskie modeli v geokhimii [Isobaric-isothermal potential of minerals, gas and water components of the solution in the «Selector» software package. In: Physico-chemical models in geochemistry]. Novosibirsk: Nauka, 1988. P. 124–147.Лурье Ю.Ю. Справочник по аналитической химии. М.: Химия, 1971.Lur’e Yu.Yu. Spravochnik po analiticheskoi khimii [Handbook of analytical chemistry]. Moscow: Khimiya, 1971.Головных Н.В., Бычинский В.А., Мухетдинова А.В., Шепелев И.И., Чудненко К.В. Использование метода компьютерного физико-химического моделирования при исследовании технологических процессов и систем // Сб. докл. III междунар. конгр. «Цветные металлы-2011». Красноярск: ООО «Версо», 2011. С. 203–210.Golovnykh N.V., Bychinskiy V.A., Mukhetdinova A.V., Shepelev I.I., Chudnenko K.V. Ispol’zovanie metoda komp’yu-ternogo fiziko-khimicheskogo modelirovaniya pri issle-dovanii tekhnologicheskikh protsessov i system. In: Sbornik dokladov III mezhdunarodnogo kongressa «Tsvet-nye metally-2011» [The use of computer modeling of physical and chemical technology in the study of processes and systems. In: Proceedings of the III International Congress «Non-Ferrous Metals 2011»]. Krasnoyarsk: Verso, 2011. P. 203–210.Головных Н.В., Бычинский В.А., Тупицын А.А., Шепелев И.И. Оптимизация технологической схемы регенерации фтористых солей в условиях современного алюминиевого производства // Изв. вузов. Цвет. металлургия. 2006. No. 2. С. 12–18.Golovnykh N.V., Bychinskiy V.A., Tupitsyn A.A., Shepelev I.I. Optimizatsiya tekhnoologicheskoi skhemy re-generatsii ftoristykh solei v usloviyakh sovremenno-go alуuminievogo proizvodstva [Optimization of the technological scheme of the regeneration of fluorides in the conditions of modern aluminum production]. Izvestiya vuzov. Tsvetnaya metallurgiya. 2006. No. 2. P. 12–l8.

The authors declare that there are no conflicts of interest present.