Технологические и экологические проблемы переработки алюминиевых отходов

УДК. 669.054.8’71

Бредихин В.Н. /к.т.н./, Кожанов В.А. /к.т.н./, ДонНИПИЦМ

ТЕХНОЛОГИЧЕСКИЕ И ЭКОЛОГИЧЕСКИЕ ПРОБЛЕМЫ ПЕРЕРАБОТКИ АЛЮМИНИЕВЫХ ОТХОДОВ

Представлены новейшие разработки в технологии и оборудовании при переработке алюминиевого лома и отходов - дробилки, роторные печи, устройства безокислительного розлива жидкого металла, установки обработки горячего шлака, аванпроект на основе разработанного оборудования. Внедрение разработанной технологии и специальных видов агрегатов позволило повысить извлечение металла и сократить экологическую нагрузку на окружающую среду. Ил.5, Библиогр.: 6 назв.

Технология, лом алюминия, дробилка, печь роторная, разливка безокислительная, пресс, шлак, аванпроект

Жизненный цикл любого изделия, машины, аппарата заканчивается по причине морального или физического их износа. Лом (отходы потребления), в большинстве случаев, это сложное, многокомпонентное сырьё, при переработке которого требуется специальные технологические схемы и соответствующее аппаратурное оформление.

При этом решаются не только технологические проблемы - получения качественных конечных продуктов- металлов и неметаллов, но и экологические, в первую очередь, решение проблем охраны окружающей среды.

Алюминиевый лом содержит в своём составе металлы и неметаллы и одна из основных задач в начале технологического процесса это разрушение связи между этими компонентами с использованием операций фрагментирования, дробления, измельчения - т.е. получение механической смеси [1].

Однако следует отметить что фрагментирование, дробление и измельчение алюминиевого лома не простая задача, т.к. компоненты лома обладают диаметрально противоположными прочностными механическими характеристиками (вязкость, твёрдость, пластичность и ДР-) [2].

С целью получения при дроблении механической смеси ДонНИПИЦМ разработал технологический ряд дробильных агрегатов (фрагментаторов, дробилок) для алюминиевых отходов имеющих различное физическое состояния:

• Кусковый алюминиевый лом,

• Кабельный лом,

• Стружка алюминиевая,

• Алюминиевые шлаки.

На рис.1 представлена линия дробления кускового алюминиевого лома с использованием дробилки АДЗА175х160, а в табл.1 даны технические характеристики дробильных агрегатов, которые решают аналогичные задачи [3].

Таблица 1. Техническая характеристика агрегатов дробления лома

№	Наименование показателей	Единица измерения	Тип агрегата
АДЗА 129x150	АДЗА 175x160
1.	Производительность при дроблении алюминиевого лома:	т/час
	• литейных сплавов		4-6	6-8
	• деформируемых сплавов		2-3	4-5
2.	Максимальные размеры исходного лома (деформируемого), не более:
	• длина х ширина х толщина		2,0x1,4x0,01	3,0x1,4x0,01
	Максимальные размеры исходного лома (литейного), с содержанием
	м
	железа до 30%, не более:
	• длина х ширина х толщина (стенки)		0,5x0,3x0,03	0,5x0,3x0,05
3.	Размеры ротора:
	• длина по дискам	мм
	• диаметр по окружности молотков
4.	Размер щелей колосниковых решёток:
	• нижний, под ротором	мм	200x80	145x80
	• верхний, над ротором		186x138	186x130
5.	Масса молотка	кг	50,0	70,0
6.	Частота вращения ротора	мин"1
7.	Мощность привода вращения ротора	кВт
8.	Скорость подачи лома валками загрузочного устройства
	мм/сек	146,7	146,7
9.	Общее усилие прессования валками	т	2,0	3,0
10.	Масса агрегата, в т.ч.:		65,51	95,6
	• дробилки	т	41,81
	• загрузочного устройства		14,7	23,7
11.	Габаритные размеры агрегата:
	• длина х ширина х высота	мм	7,2x8,5x4	11,2x10,4x6

Дроблёный лом в дальнейшем проходит ряд технологических сепарационных операций по удалению железа, проводников тока, бумаги и разделения дроблёного алюминиевого лома на сплавы (группы сплавов) -шихта для металлургического передела. В данном статье агрегаты для фрагментирования, сепарации и дробления стружки, шлака и кабельного лома не рассматриваются.

Металлургическая переработка подготовленного лома имеет значительное количество экологических проблем. При этом чем дешевле шихта, т.е. чем меньше затраты на её подготовку, тем дороже металлургический передел. Следовательно, затраты на подготовку шихты, в конечном счёте, значительно снижает как технологические, так и экологические проблемы в последующих операциях.

В настоящее время основными агрегатами для плавки алюминиевых отходов являются пламенные отражательные печи. Однако стремление сократить потери металла при переплаве шихты с развитой, загрязнённой поверхностью (лом, стружка, шлак и т.п.) послужило основной причиной для разработки роторных печей с горизонтальной осью вращения (рис.2), а в дальнейшем и разработки роторных печей с наклонной осью вращения. Институтом разработан технологический ряд печных агрегатов роторных печей с горизонтальной и наклонной осью вращения, различной вместимостью до 20т по алюминию, рис. 2,3. В табл.2, представлены технические характеристики таких печей [4,5].

Таблица 2. Технические характеристика роторных наклонных печей

№ п/п	Наименование показателей	Единица измерения	Тип печи
ПРНА-0,54	ПРНА-5
1.	Вместимость печи при наклоне корпуса 20
	т	0,54	5,0
2.	Макс, глубина ванны	мм
3.	Вид топлива		Природный газ
4.	Горелочное устройство	Тип	ГБФ-0,45	ГБФ-2,2
5.	Тепловая мощность:
	• минимальная	МВт	0,19	0,9
	• номинальная		0,45	2,2
6.	Размер загрузочного окна	мм	0 680	0 1400
7.	Привод вращения печи	Тип	Открытая	Открытая
			фрикционная	цепная
9.	Мощность привода
	вращения печи	кВт	4,0	15,0
10.	Частота вращения печи	мин"1	2-10
11.	Привод наклона печи	Тип	Гидравлика
12.	Привод поворота заслонки	Тип	Ручной	Гидравлика
13.	Масса без запчастей,	т	5,67	40,0
	в т.ч.:
	• металлических конст.		2,22	24,15
	• футеровки		3,45	15,85
14.	Габаритные размеры:
	• длина х ширина х диаметр		3,4x2,0x1,4	6,2x4,0x2,5
	• высота при загрузке	м	2,5	3,7
	• высота при сливе металла		3,3	4,7

Этот тип печей имеет значительные преимущества перед всеми типами печей эксплуатируемыми в настоящее время для плавки лома цветных металлов и в первую очередь для плавки шлаков и загрязнённых отходов. Преимущества роторных печей с наклонной осью вращения заключаются в следующем:

• сокращение расхода флюса (соли) на 50%;

• увеличение производительности печи на 70%;

• увеличение загрузочного окна;

• отсутствие дополнительных выпускных окон для слива шлака.

Для ускорения процесса плавки и повышения теплотехнического КПД печные агрегаты оснащены устройствами вибрационных питателей для подачи дробленого лома в печь, а также приспособлениями для фильтрации расплава и безокислительной разливки металла на облегчённых конвейерах в слитки массой 4÷6 кг, рис.4 [4,5].

Одной из последних разработок в технологии переработки алюминиевого лома является агрегат горячей обработки шлака. Перед металлургами на протяжении многих лет стояла задача: максимально очистить расплав от оксидов при этом получить минимальное количество шлака с минимальным содержанием в нём металлической составляющей [6].

Как видим эти требования взаимно исключающие. Поэтому в шлаке остаётся до 50% металла и возврат его является первостепенной задачей при металлургическом переделе.

Для извлечения металлической составляющей из шлака, т.е. отделения оксидной части от металлической необходимо эту операцию проводить как можно быстрее после извлечения шлака из печи, т.к. извлеченный из печи шлак попадает в атмосферу богатую кислородом и при остывании (до 300°С) в течении 5-40 мин. металлическая часть интенсивно переходит в оксидную, т.к. протекает неуправляемая термитная реакция. Температура шлака повышается до 1500°С, при этом кислород, азот и оксид углерода образуют с алюминием оксиды, нитриды и карбиды алюминия. В процессе термитных реакций в шлаке сгорает порядка 1% в минуту металлического алюминия. Следовательно, в это время остывающий шлак не только способствует снижению извлечения металла из-за перехода его в оксидную форму, но и происходит значительное образование газов - т.е. создаётся дополнительная экологическая проблема.

Разработанное устройство основано на прессование горячего шлака, когда под воздействием давления жидкий металл отделяется от твёрдой составляющей (оксидная и солевая часть) и перемещается в сторону наименьшего давления, рис.5.

Прессование горячего шлака является самой совершенной технологией при переработке лома и отходов на сегодняшний день, табл.3.

Таблица 3. Техническая характеристика установки по переработке алюминиевых горячих шлаков

1. Номинальное усилие прессования, тс
2. Номинальное давление рабочей жидкости в гидросистеме, кгс/см2
3. Максимальный ход штока гидроцилиндра, мм
4. Размеры камеры прессования, мм • длина х ширина	1780x860
5. Объём шлаковницы, дм
6. Время цикла охлаждения, мин.	5-10
7. Установленная мощность, кВт
8. Масса пресса (без оснастки и маслостанции), т	6,98
9. Габаритные размеры, м • длина (при открытой двери) х ширина х высота	2,4(4,2)х 1,7x3,0

Эта технология решает не только технологическую задачу -максимальное извлечение металла, но и решает экологическую задачу -снижает в 2÷3 раза выбросы пыли и газа, требует малых заводских площадей, низкие капитальные и эксплуатационные затраты.

На рис.6 представлен аванпроект размещения технологического оборудования с использованием разработанного ДонНИПИЦМ оборудования, что позволяет вести переработку алюминиевого лома с максимальным извлечением металла в готовую продукцию (90÷93%) и с минимальным загрязнением окружающей среды как твёрдыми, так и газообразными продуктами.

Выводы. Разработана современная технология и оборудования, которые позволяют проводить весь комплекс шихтоподготовительных и металлургических операций при переработке лома и отходов содержащих алюминий. Предложенная технология и комплекс оборудования внедрены на ряде предприятий стран СНГ и позволяют перерабатывать различного вида отходы с максимальным извлечением металла при минимальном экологическом воздействии на окружающую среду.