Технологическое решение интенсификации процессов газоудаления и газоочистки алюминиевого производства

Печь кипящего слоя (рис. 1) представляет собой цилиндрический сосуд с конусом в нижней части, который является корпусом печи. Внизу цилиндрической части расположен колосник, который представляет собой решетку с подведенными снизу трубками, через которые осуществляется подача воздуха (рис. 2).

К колоснику подведена труба, к которой через фланцевое соединение подведен вентилятор для подачи воздуха в печь. В верхней части печи выведен дымоход, проходящий через скруббер, для улавливания мелких частиц, которые могут быть удалены через дымоход с потоком газов.

Загрузка щепы в печь происходит через специальное отверстие на колосник. В цилиндрической части корпуса разводится огонь. После разжигания включается вентилятор. Под воздействием потока воздуха горящая масса создает псевдокипящий слой.

Загрузка щепы производится порциями, по мере ее горения (важно поддержание температуры около 650°С). При заполнении золой печь разгружается. Цикл от разжигания печи до ее разгрузки длится 2-3 суток. Загрузка щепы за 1 цикл составляет около 300 кг, выход материала - 20%. Затем материал направляется на рудотермическую плавку. В результате получается сплав Доре.

Экспериментально было переработано 2700 кг щепы с содержанием в среднем Аи 703 г/т, Ад 625 г/т и получено 2216 г сплава Доре пробностью 650. Однако в настоящее время работа печи приостановлена, поскольку требуется решение вопросов по очистке газов от вредных веществ. Эти работы планируется выполнить в летний период 2012 г.

Библиографический список

1. Технологический регламент Самартинской ЗИФ 2011-2015 гг. Самарта: ОАО «Бурятзолото», 2011. 94 с.

УДК 54.084.,53.083.8; 669.1

ТЕХНОЛОГИЧЕСКОЕ РЕШЕНИЕ ИНТЕНСИФИКАЦИИ ПРОЦЕССОВ ГАЗОУДАЛЕНИЯ И ГАЗООЧИСТКИ АЛЮМИНИЕВОГО ПРОИЗВОДСТВА

1 9

В.Н. Николаев1, В.В. Кондратьев2

Иркутский государственный технический университет, 664074, г. Иркутск, ул. Лермонтова, 83.

Представлены аргументация актуальности снижения температуры и физических объемов отходящих газов от металлургических производств и краткий обзор известных патентов по данной теме. Рассматриваются наиболее перспективные концепции для обеспечения охлаждения и уменьшения объёмов нагретых газов. Приведены результаты моделирования пилотной лабораторной установки теплообменника с достаточной площадью теплообмена и низким статическим сопротивлением. Описаны комплектация пилотной лабораторной установки, схема и результаты испытаний. Ил. 8. Табл. 1. Библиогр. 7 назв.

Ключевые слова: очистка газов; системы газоудаления; производство алюминия; электролизные газы.

TECHNOLOGICAL SOLUTION FOR INTENSIFICATION OF GAS REMOVAL AND PURIFICATION IN ALUMINUM SMELTING

V.N. Nikolaev, V.V. Kondratyev

Irkutsk State Technical University, 83 Lermontov St., Irkutsk, 664074.

The paper proves the relevance of reducing the temperature and physical volumes of flue gases from metallurgical plants. It overviews the patents known in this field and considers the most promising concepts to ensure cooling and reducing the volume of hot gases. The authors provide simulation results of a pilot laboratory unit of the heat exchanger with sufficient surface area of heat exchange and low static resistance, as well as describe the packaging of the pilot laboratory unit, its circuit and test results. 8 figures. 1 table. 7 sources.

Key words: gas cleaning; gas removal systems; production of aluminum; electrolytic gases. mail: kvv@istu.edu

В современных условиях в металлургии довольно остро стоит вопрос об охлаждении и очистке отходящих газов. Одной из причин является необходимость

соблюдать требования по охране окружающей среды. Экологическая обстановка обостряется, постоянно происходит ужесточение требований к выбросам в

Николаев Виктор Николаевич, аспирант, тел.: 89246037884, e-mail: selengovchanin@mail.ru Nikolaev Victor, Postgraduate, tel.: 89246037884, e-mail: selengovchanin@mail.ru

Кондратьев Виктор Викторович, кандидат технических наук, начальник отдела инновационных технологий, тел.: (3952) 405906, 79025687702, e-mail: kvv@istu.edu

Kondratyev Victor, Candidate of technical sciences, Head of the Department for Innovation Technologies, tel.: (3952) 405906, 79025687702, e-mail: kvv@istu.edu

атмосферу [1, 2]. Утилизация части теплоты дымовых газов позволит снизить температуру на выходе из дымовой трубы без дополнительных мероприятий и тем самым уменьшить тепловое загрязнение окружающей среды.

Необходимость охлаждения газов диктуется также стремлением снизить физические объемы газов перед очисткой, что позволит в свою очередь обеспечить работоспособность и долговечность газоочистного оборудования. Наиболее эффективные пыле- и газоочистные аппараты нормально функционируют при температуре газов до 200-300°С [3]. Температура же свыше 400°С может привести к необратимым деформациям металла, из которого изготовлено газоочистное оборудование, и его преждевременному выходу из строя.

Кроме того, рукавные фильтры, наиболее широко

ного массива и элементов конструкции электролизера, необходим достаточный объем отводимых электролизных газов и подсасываемого сквозь неплотности укрытия воздуха. Объем отводимой пыле- и газовоздушной смеси от электролизера в среднем колеблется от 7000 до 14000 м3/час.

Таким образом, утилизация теплоты уходящих газов и снижение физических объемов очищаемых газов за счет снижения их температуры является одним из возможных решений по снижению капитальных затрат на системы газоудаления и газоочистки, а так же позволит уменьшить расходы на топливо и электроэнергию, обеспечит выполнение требований по охране окружающей среды.

Зависимость физического объема газов относительно объема при нормальных условиях представлена в таблице и на рис. 1.

Зависимость физического ^ объема газов от температуры

Тг, °С 0 10 30 50 70 80 100 120 150

Ор.у. в долях Qн.у. 1,00 1,04 1,11 1,18 1,26 1,29 1,37 1,44 1,55

распространённые в последние годы в технологии газоочистки, имеют жесткие ограничения по температуре очищаемых газов. Как правило, допустимая температура эксплуатации фильтровальной ткани 140-160°С с кратковременным допустимым значением до 170°С, продолжительностью не более 5-10 минут.

Эксплуатация фильтровальных тканей, выдерживающих температуру очищаемых газов до 240-260°С, значительно увеличивает стоимость газоочистки примерно на порядок, в сравнении с газоочистками, эксплуатирующими фильтровальные ткани с более низким «температурным» порогом. К тому же сами газоочистные установки, эксплуатируемые в алюминиевой промышленности, требуют значительных капитальных затрат. По различным оценкам, удельные капительные затраты составляют от 15 до 35 дол. США на 1 м3 очищаемого газа и выше [4].

В то же время для стабильной технологии электролиза, то есть эффективного отвода тепла от анод-

Отсюда поиск технических решений, обеспечивающих снижение физических объемов очищаемых газов, а также возможность эксплуатации рукавных фильтров, рассчитанных на относительно низкую температуру эксплуатации, являются актуальными.

Основные концепции по охлаждению и снижению физических объёмов отходящих газов Анализируя патенты, опубликованные по теме снижения объемов и температуры газов, удаляемых от алюминиевых электролизеров, представляется возможным принять несколько основных концепций:

1. Снижение объемов газов путем их охлаждения теплопередачей через стенку [5].

Наиболее эффективным является охлаждение водой через алюминиевую либо медную стенку. В случае использования алюминиевой стенки потребная поверхность теплообмена на 15% ниже в сравнении со стальной ввиду более высокой теплопроводности алюминия.

физический объем в долях объема при н.у.

1.6

1

0

120 140 160

температура газов, град С

Рис. 1. Зависимость физического объема газов от температуры

20

40

60

80

100

1.5

1.4

1.3

1.2

1.1

Медные и алюминиевые стенки они будут менее подвержены зарастанию отложениями при использовании их в качестве теплообменника, поскольку их шероховатость на порядок ниже в сравнении со стальной: шероховатость стенки нового стального трубопровода 0,2 мм; алюминиевого - 0,0016-0,06 мм; медного - 0,0015 мм.

2. Система охлаждения электролизных газов распылением воды в газоходе (рис. 2).

3. Двухконтурная схема удаления газов от электролизеров (рис. 3).

4. Изменение систем отвода газов.

5. Изменение способа отделения фторированного глинозема (рис. 4).

К проработке была принята концепция охлаждения путем теплообмена через стенку.

Результаты моделирования теплообменника с достаточной поверхностью теплообмена и низким статическим сопротивлением

Моделирование выполнено для снижения температуры газов со 150 до 120°С при следующих необходимых условиях:

- развитой поверхности теплообмена;

- минимальной турбулентности потока;

- минимальном увеличении величины местных сопротивлений;

- начальной температуре потока 150°С;

- начальной скорости потока 15 м/с;

- начальной температуре охлаждающей воды 25°С.

В качестве лабораторной модели теплообменника были рассмотрены различные варианты лабораторных установок, после тщательного анализа было принято решение остановиться на модели со следующими параметрами: овальные трубы (в кол. 27 шт.) с оребрением с общей площадью теплообмена Р = 2,489 м2. Результаты моделирования представлены на рис. 5 [6].

Таким образом, результаты моделирования позволили получить следующий результат:

- расчетное охлаждение газа А = 31,1 °С;

- падение статического давления по тракту Ар = = 29,3 Па.

Рис. 2. Система охлаждения электролизных газов распылением воды в газоходе

Рис. 3. Схематичное устройство двухконтурной системы газоотвода

Рис. 4. Изменение конструкции систем газоочистки с применением способа «закрутки» потока: 1 - газоход от электролизеров; 2 - узел ввода адсорбента и эффективной сорбции ^; 3 - узел «закрутки» пылегазового потока; 4 - тягодутьевые устройства; 5 - узел обеспыливания

Ое+02 2е+02 Зе+02 34е+02 5е+02 6е+02 7е+02 5е+0' 96е+0 8е+0 9е+0 1е+0 2е+0 54е+0 5е+0 77е+0 8е+0' 5е+00 9е+00 77е+00 66е+01

Contours of Velocity Magnitude

4.23e+02 4.20e+02 4.16e+02 4.12e+02 4.09e+02 4.05e+02 4.01e+02 3.98e+02 3.94e+02 3.90e+02 3.87e+02 3.83e+02 3.796+02 3.76e+02 3.72e+02 3.68e+02 3.65e+02 3.616+02 3.576+02 3.54e+02 3.50e+02

ANSYS FLUENT

I

Lx

В

Contours of Static Temperature

Contours of Static Pressure

7.84e+01 7.46e+01 7.07e+01

6.30e+01

5.926+01

5.536+01

5.15e+01

4.77e+01 I

4.38e+01 i

4.00e+01

3.61e+01

3.23e+01

2.856+01

2.466+01

ANSYS FLUENT

I

2.086+01 1.69e+01 1.31e+01 9.25e+00 5.41 e+00 1.57e+00

L

ANSYS FLUENT

Contours of Turbulent Intensity

ANSYS FLUENT

Рис. 5. Результаты моделирования системы теплообмена: а - распределение скорости, м/с; б - распределение статического давления, Па; в - распределение температуры, К; г - распределение интенсивности турбулентности потока, %

Б

Г

Описание комплектации пилотной лабораторной установки

На основании расчетной модели подобраны комплектующие для пилотной лабораторной установки: газовая пушка типа BLP-73M; регулятор скорости потока типа VRS 1,5 N комплектующие для конструирования теплоизолированного газоходного тракта с возможностью течения потока в горизонтальном направлении, в направлении под углом 45° и в направлении вертикально вниз для предотвращения отложений пыли; измеритель двухканальный ТРМ 200; дифференциальный манометр для контроля скорости потока и статических давлений; прочие вспомогательные устройства (станина, узлы крепления модулей, проводка, система водопитающих и водоотводящих шлангов).

Система сбора данных

Нами была создана (пространственно) распределенная система сбора данных, включая аппаратную часть и программное обеспечение для выполнения следующих функций:

• измерение температуры газового потока в различных участках газохода;

• вычисление разности температур газа на входе и выходе из теплообменника;

• возможность измерения других параметров экспериментальной установки, необходимых для получения полной физической картины исследуемого процесса;

• двунаправленный обмен данными с помощью интерфейса RS-485 между модулями ввода-вывода и управляющим компьютером;

• вывод текущих значений измеряемых величин

и их графическое отображение (тренды) на монитор в ходе работы технологической программы;

• сохранение данных для дальнейшего анализа в формате текстового файла с индивидуальным именем.

Структурная схема системы сбора данных показана на рис. 6.

Экспериментальные данные

В ходе испытаний разработанного модуля охлаждения (рис. 7) достигнуты следующие результаты: скорость газового потока составляет 14 м/с, начальная температура газа - 159°С, конечная температура газа - 101°С, перепад температур - 58°С (рис. 8), аэродинамическое сопротивление теплообменника - 30 Па.

В ходе выполнения работы нами были рассмотрены различные виды теплообменников, проведен патентный поиск по теме охлаждения и снижения физических объёмов отходящих газов металлургических производств. На его основании были выявлены пять основных концепций. Также была построена численно-математическая модель для теплообменника с достаточной поверхностью теплообмена и низким статическим сопротивлением. Результаты моделирования для заданных начальных условий - скорости потока газа 15 м/с, температуры газа 150°С и начальной температуры охлаждающей воды 25°С - продемонстрировали наибольшую эффективность процесса для медного (алюминиевого) теплообменника с овальными трубами (в кол. 27 шт.) с оребрением с общей площадью теплообмена ГЛ,со.3 = 2,489 м2, расчетным

охлаждением газа А = 31,1 °С и падением статического давления по тракту Ар = 29,3Па.

Рв-485-

Рис. 6. Структурная схема системы сбора данных

Рис. 7. Внешний вид модуля теплообмена

Рис. 8. Результаты натурного измерения перепада температур

Таким образом, на основании расчетной модели была создана пилотная лабораторная установка и разработана система сбора данных для измерения температуры в газоходе. Проведенные испытания показали результат, превосходящий результаты моделирования, что в дальнейшем позволит интенсифицировать существующие и перспективные системы

газоудаления и газоочистки промышленных предприятий.

Статья подготовлена с использованием результатов НИОКР в рамках договора 9110R101 «Разработка технологии охлаждения анодных газов на электролизерах с обожженными анодами».

Библиографический список

1. Кондратьев. В.В. Исследование и разработка комплекс- наук, 05.16.02. Иркутск, 2007.

ной технологии утилизации твердых фторуглеродсодержа- 2. Кондратьев В.В., Ершов В.А., Сысоев И.А., Чернигова щих отходов алюминиевого производства: дис. ... канд. техн. А.Б., Зельберг Б.И. Технико-экологические и правовые ас-

пекты производства алюминия. СПб.: Изд-во МАНЭБ, 2011. 224 с.

3. Биргер М.И., Вальдберг А.Ю. Справочник по пыле- и золоулавливанию / под общ. ред. А.А. Русанова. М.: Энерго-атомиздат. 1983. 312 с.

4. Панов Е.Н., Васильченко Т.Н., Даниленко С.В., Карвац-

кий А.Я. [и др.] Тепловые процессы в электролизерах и миксерах алюминиевого производства / под общ. ред. Б.С. Громова. М.: ИД "Руда и металлы", 1998. 256 с.

5. Патент Р11 2080392. Опубл. 27.05.1997 г.

6. Каплун А.Б., Морозов Е.М., Олферова М.А. АМБУБ в руках инженера. М.: УРСС, 2003. 270 с.

УДК 622.7-17

ВЛИЯНИЕ ПРИРОДНЫХ ФАКТОРОВ ПРИ ДОЛГОЛЕТНЕМ ХРАНЕНИИ ЗОЛОТОСОДЕРЖАЩИХ ОТВАЛОВ

О.А. Пунишко1, С.В. Катышева2

Иркутский государственный технический университет, 664074, г. Иркутск, ул. Лермонтова, 83.

Указаны возможные перспективы использования техногенных отвалов золотоизвлекательных фабрик с целью извлечения золота, их физико-химический состав, формы нахождения золота, изменения вещественного состава в процессе длительного хранения, их влияние как технологических факторов на выбор технологии переработки. Сделаны выводы, имеющие научное и практическое значение: при длительном хранении в отвалах происходит появление вторичного (гипергенного) золота, повышается пробность золота, отмечено отсутствие цианистых комплексов золота и серебра. Табл. 8. Библиогр. 3 назв.

Ключевые слова: техногенные отвалы; гипергенное золото; пробность; реологические свойства.

NATURAL FACTOR EFFECT WHEN LONG TERM STORING OF GOLD-CONTAINING DUMPS O.A. Punishko , S.V. Katysheva

Irkutsk State Technical University, 83 Lermontov St., Irkutsk, 664074.

The article specifies possible prospects of using gold concentration plant technogenic dumps in order to extract gold, their physical and chemical composition, forms of gold occurrence, changes in material composition due to the long term storage, their influence as technological factors on the choice of processing technology. The authors make some conclusions of scientific and practical importance: secondary (supergene) gold emerges under long term storage in dumps, its fineness increases, whereas the cyanide complexes of gold and silver are not registered. 8 tables. 3 sources.

Key words: technogenic dumps; supergene gold; fineness (of gold); rheological properties.

На Урале, в Западной Сибири, Забайкалье, Якутии было построено более 20-ти золотоизвлекательных фабрик. Технология переработки руд в 1940-50-х годах была довольно простой, основанной на применении амальгамации и гравитации, что являлось причиной больших потерь золота с хвостами. При этом объем складированных хвостовых продуктов практически равнялся объемам добытой на рудниках и карьерах руды. По количеству сосредоточенного в них золота и его содержанию хвостохранилища можно рассматривать как небольшие месторождения. В случае разработки экономичной технологии извлечения золота из отвалов такие накопления следует относить к категории техногенных. Техногенные накопления могут использоваться для попутной добычи золота, в какой-то степени решая проблему воспроизводства сырьевых запасов предприятия.

В процессе длительного хранения долголетние отвалы под воздействием природных факторов и про-

исходящих в них процессов претерпевают значительные физико-химические изменения, повышающие их технологичность. Например, под действием переменных температур окружающей среды происходят физические изменения, влияющие на реологические свойства - твердость, пористость, угол естественного откоса. Химические превращения меняют природу технологической упорности золота, например, формы потерь золота, пробность и др. Физические превращения характерны в большей степени для кварцевых малосульфидных отвалов, химические - только для сульфидных. Наиболее важными для технологии являются изменения происходящие с золотом, именно с его рациональным составом.

Исследованиями физико-механических свойств перерабатываемых минеральных образований установлено, что угол естественного откоса отвалов возрастает за счет влажности на 15-20°. Таким образом, при штабельном выщелачивании объем штабеля от-

1 Пунишко Олег Арнольдович, кандидат технических наук, профессор кафедры металлургии цветных металлов, тел.: (395) 339313.

Punishko Oleg, Candidate of technical sciences, Professor of the Department of Metallurgy of Non-Ferrous Metals, tel.: (3952)339313.

Катышева София Владимировна,аспирант, инженер-металлург, тел. 89642748224, e-mail: katyshev_1983@mail.ru Katysheva Sofiya, Postgraduate, Metallurgical Engineer, tel.: 89642748224 e-mail: katyshev_1983@mail.ru