Электролиз химических процессов на примере производства алюминия КрАЗ РУСАЛ

К числу разработок СибВАМИ  относятся новая технология производства анодной массы методом сухого смешивания и брикетирования, создание автоматических плавильно-литейных комплексов, а также ряд методик по переработке первичного алюминия. Некоторые инновации института стали поистине революционными для российских предприятий.

 

6.2 «Экологичный Содерберг»

По данным аналитиков компании РУСАЛ, около 80% российского алюминия производится с помощью электролизеров Содерберга с самообжигающимися анодами. Технология Содерберга была предложена в 1920-х годах норвежскими исследователями и была принята российскими металлургами как более экономичная и эффективная методика по сравнению с используемой ранее системой Холла-Эру. Самообжигающиеся аноды позволили снизить себестоимость алюминия на 5,2% и практически исключить «человеческий фактор» в процессе электролиза. Однако растущий спрос на алюминий и необходимость увеличить объемы производства выявили недостатки самообжигающихся анодов. Расход электроэнергии и углерода в установках Содерберга довольно высок, как и уровень выделения вредных веществ при производстве. Впрочем, приверженцы данной технологии (а это довольно широкий круг отечественных и зарубежных предприятий) отмечают высокий потенциал самообжигающихся анодов при усовершенствовании отдельных ее элементов. Поэтому модернизация отечественных алюминиевых предприятий касается, в основном, снижения энергозатрат, решения экологических проблем и повышения производительности установок Содерберга[15].

Совершенствование технологии Содерберга ведется сразу в нескольких российских компаниях. Например, лидер отечественной алюминиевой промышленности компания РУСАЛ (которая входит в так называемый «клуб Содерберга», объединяющий крупнейшие заводы мира) с 2004 года реализует программу модернизации производства за счет внедрения новых моделей  электролизеров (РА-300 и РА-400). Эти агрегаты позволяют освоить технологию «сухого» анода и относятся к числу «зеленых» инноваций: их установка на заводе в Хакасии позволила на 50% уменьшить выброс вредных веществ. Новые электролизеры значительно повлияли и на продуктивность завода: в среднем линия РА-300 производит до 2412 кг алюминия в сутки (показатели РА-400 немного выше). Руководство РУСАЛ отмечает, что благодаря внедрению новых технологий в области самообжигающихся анодов производительность завода в ближайшие пять лет может заметно возрасти.

6.3 Технология обожженных анодов

В рамках программы по модернизации в некоторых российских предприятиях широко внедряется еще одна технология — обожженные аноды — ставшая  для отечественных металлургов  неплохой перспективой развития производства. Концепция обожженных анодов была принята  в качестве основной руководством холдинга СУАЛ: переход на новую технологию полным ходом идет на заводе «ИркАЗ», одном из самых крупных заводов компании. По мнению специалистов СУАЛ, обожженные аноды, хоть и дорогая, но более эффективная технология по сравнению с электролизерами Содерберга: при ее использовании загрязнение атмосферы сводится к минимуму, а производительность предприятия значительно повышается[1].

Экспериментальные линии  электролизеров с обожженными анодами  были установлены в цехах Уральского алюминиевого завода группы СУАЛ. Первые несколько месяцев испытаний показали высокие результаты по эффективности и экологической безопасности — технология обожженных анодов легла в основу нового проекта СУАЛ по вводу в эксплуатацию новейшей модернизированной линии электролизеров «ИркАЗ-5». По расчетам аналитиков, инвестированные в этот довольно амбициозный проект 400 миллионов долларов должны окупиться в течение нескольких лет после запуска линии: ее теоретическая мощность составляет около 166,5 тысяч тонн алюминия в год — это почти две трети нынешних объемов производства.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Заключение

Выводы сделанные на основании проделанной работы, заключаются в следующем.

Во-первых, исследования в области  процессов электролиза до сих  пор не потеряли своей актуальности, и, более того, благодаря им, постоянно пополняется теоретическая база этого достаточно сложно физико-химического явления.

Во-вторых, эти исследования позволяют  определить перспективные направления  практического использования этого  процесса, более выгодного экономически и с целью получения с заданными  качествами.

Эти выводы сделаны, во время анализ научной и научно-популярной литературы свидетельствует о том, что процессы электролиза растворов и расплавов  интересуют ученых и технологов в  настоящее время.

Электролиз широко используют в  промышленности.

Важным свойством электролиза  является способность выделения  и очистки металлов, получения  щелочей, хлора, водорода.

Отличительной особенностью электролиза  растворов или расплавов электролитов является возможность протекания на электродах совокупности конкурирующих  химических реакций окисления и  восстановления. Оказывает влияние  на продукты электролиза и материал электродов.

Очистку меди, никеля, свинца проводят целиком электрохимическим методом.

Производство фтора основано на электролизе расплавленной смеси  фторида калия и фтороводородной  кислоты, хлора – при электролизе  водных растворов или расплавов хлоридов.

Алюминий, магний, натрий, кадмий, кальций, бериллий, титан получают только электролизом расплавов, т.к. потенциалы их выделения из водных ратворов более отрицательны, чем потенциал выделения водорода.

Водород и кислород высокой степени  чистоты получают электролизом водных растворов щелочей. Таким образом, с помощью электролиза удается  осуществлять реакции окисления  и восстановления с большим выходом  и высокой селективностью, которые  в обычных химических процессах  трудно достижимы.

Важной отраслью применения электролиза  является защита металлов от коррозии: при этом электрохимическим методом  на поверхность металлических изделий  наносится тонкий слой другого металла (хрома, серебра, меди, никеля, золота) устойчивого  к коррозии.

При электролизе водных растворов  электролитов окислительно-восстановительные  процессы на катоде и аноде зависят  от окислительной способности катионов и характера аниона электролита.

Процессы восстановления и окисления на катоде и аноде определяются значениями электродных потенциалов частиц, принимающих участие в электролитических процессах. На катоде в первую очередь разряжаются те частицы, потенциал которых наиболее положителен, тогда как на аноде – частицы – потенциал которых наиболее электроотрицателен. Кроме того, при протекании электролиза необходимо учитывать фактор электродного перенапряжения – поляризацию электрода, определяемую замедленным протеканием определенной стадии суммарного электродного процесса. В зависимости от природы замедленной стадии можно говорить о различных видах перенапряжения (концентрационное, реакционное, диффцзное).

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Список используемой литературы

1. С. Ф. Ершов, Н. Г. Кайтмазов, М. Б. ШУР [и др.] // Цветные металлы (спец. выпуск). Вып. 10. – 2005. – 98с.
2. Ю. В. Баймаков и Я. Е. Конторович.Справочник металлурга по цветным металлам. Производство алюминия  - М. : Металлургия, 1971.
3. А.И Лайнер, Н.И. Еремин, Ю.А. Лайнер, И.З.Певзнер. - 2-е изд., перераб. и доп.. - М. : Металлургия, 1978. - 344 с.Производство глинозема : учеб. Пособие для вузов по спец. "Металлургия цв. металлов" .
4. И. С. Гринберг [и др.]. «Электрометаллургия алюминия» : учеб. пособие для вузов по специальности Металлургия цв. металлов / - Иркутск : Изд-во ИрГТУ, 2009. - 403 с.
5. Троицкий, И. А. Металлургия алюминия / И. А. Троицкий, В. А. Железнов. М.: Металлургия, 1977. - 392 с.
6. Абрамов, Г. А. и др. Теоретические основы электрометаллургии алюминия /. М.: Металлургиздат, 1953. - 583 с.
7. Гринберг Б.С., Пак Р.В., Веселков В.В., Черных А.Е., Б.И. Зельберг -Производство алюминия в электролизерах с обожженными анодами
8. Ларин, В. В. Стабилизация теплового режима электролизера важный этап в повышении технико-экономических показателей электролиза / В. В. Ларин, А. А. Хивренко, А. А. Каравайный // Техн.-экон. вестник ВгАЗа, 2004.-С. 50-54.
9. Юрков, В. В. Модель процесса электролиза алюминия / В. В. Юрков и др. // Техн.-экон. вестник КрАЗа. 1999. - №13 - С. 21 - 26.
10. Костюков, А. А. Справочник металлурга по цветным металлам / А. А. Костюков и др.. -М.: Металлургия, 1971. 560 с.
11. Терентьев, В. Г. Производство алюминия / В. Г. Терентьев и др.. -Иркутск: Папирус-APT, 1998. 350 с.
12. Щербинин С.А. Исследование теплового и электрических полей алюминиевого электролизера методом вычислительного эксперимента
13. B.И. Седых // Цветная металлургия. 2005. - №54 -С. 35-38.
14. Физические величины. Справочник / Под ред. И.С. Григорьва.- М.: Энергоатомиздат, 1991. 1232с.
15. Пискажова, Т. В. Динамическая модель электролизера. Перспективы развития и использования // ТЭВ РУСАЛа, №5,2003. с. 11-15.
16. Карнаухов, Е. Н. Исследование физико-химических свойств многокомпонентных электролитов для получения алюминия с целью выбора оптимальных составов : автореф. дис. . канд. техн. наук. (05.16.03) / Карнаухов Е.Н. М., 1973. - 24 с.
17. Баймаков, Ю. В. Электрохимия расплавленных солей / Ю.В. Баймаков, М.М. Ветюков. М.: Металлургия, 1966. - 560 с.
18. Беляев, А. И. Электролит алюминиевых ванн / А. И. Беляев. М.: Металлургиздат, 1961. - 199 с.