Технические науки/ 1. Металлургия

Угапьев А.А., Хомченко М.Н.

Иркутский Государственный Технический Университет

Подбор сырья для производства вяжущих материалов

Производство алюминия одно из самых массовых производств черной металлургии и это связано с возрастающим потреблением алюминия в различных сферах начиная с производства космических спутников и заканчивая автомобилестроением. При таком широком потреблении алюминия особенно остро стоит проблема контроля качества производимого алюминия.

Процесс производства алюминия представляет собой восстановление алюминия из природных бокситов в расплаве криолита. В качестве анода в процессе производства алюминия используются углеродные стержни, состоящие из практически чистого углерода. При производстве углеродного анода используются нефтяной кокс в качестве наполнителя и каменноугольный пек в качестве связующего.[1]

Идеальный анод для производства алюминия должен состоять на 100 % из углерода для того чтобы при электролизе получались только чистый алюминий и диоксид углерода. На практике это добиться практически нереально из-за высокой стоимости получения подобных материалов и сложности проведения подобных процессов.

Тем не менее существует немало возможностей для улучшения качества анодов для алюминиевых электролизеров. Один из них это улучшение сырьевых материалов для получения анодов.

Каменноугольный пек применяющийся для производства анодов – это побочный продукт производства каменноугольного кокса. Каменноугольный кокс, в свою очередь, получают из каменного угля. [2] Из-за своего происхождения химический состав каменноугольного пека весьма разнообразен и включает в себя не только углеводороды, но и соединения серы, азота и т.д. Кроме того в составе каменноугольного были найдены бензапирены, полиароматические углеводороды которые признаны канцерогенными. Именно по этим причинам связующие материалы на нефтяной основе предпочтительнее в производстве анодов.

Нефтяные вяжущие в силу своего происхождения имеют в своем составе меньше нежелательных примесей, пониженное содержание золы и полное отсутствие бензапиренов. Но вместе с этим необходимо отметить что нефтяные вяжущие обладают определенными недостатками, среди которых можно выделить недостаточную плотность и пониженное коксовое число.[3]

Для производства нефтяных вяжущих можно использовать различные исходные материалы, такие как асфальт деасфальтизации, тяжелая смола пиролиза, гудроны и полугудроны и так далее. Все эти материалы обладают индивидуальными значениями плотности и коксового числа.[4]

Рис. 1. Термогравиметрия нефтяных остатков

Данный рисунок демонстрирует серьезные различия в поведении различных продуктов нефтепереработки под воздействием температуры и это без учета разнородностей структурно-группового состава.

Таким образом, задачей исследователей и производственников на сегодняшний день состоит в выборе из всего спектра подходящих нефтяных продуктов и фракций наиболее оптимальные сырьевые материалы для производства высококачественного нефтяного вяжущего, удовлетворяющего следующим требованиям:

· Хорошие пластифицирующие свойства;

· Постоянство химико-физических показателей и эксплуатационных свойств;

· Отсутствие или как можно меньшее содержание веществ и соединений, наносящих вред здоровью людей и окружающей среде;

· Сравнимая или меньшая себестоимость по отношению к каменноугольному пеку;[5]

Этот список можно еще долго продолжать, но в конечном итоге все требования можно свести к одному: получение алюминия как можно более высокого качества при наименьшем уроне для людей и окружающей среды по наименьшей цене. Важно найти оптимальное соотношение среди этих трех компонентов хорошего связующего на основе нефтяных остатков

1. Терентьев В.Г., Сысоев А.В., Гринберг И.С. и др. Производство алюминия - М.:Металлургия, 1997.- 350 с.

2. ГОСТ 10200-83 –Введ. 01.01.1985 М. :Издательство стандартов, 1985.-10 с.

3. Mannweiler, U.Reduction of polycyclic aromatic hydrocarbons (PAH) by using petroleum pitch as binder material: a comparison of anode properties and anode behavior of petroleum pitch and coal tar pitch anodes// Fuel and Energy Abstracts Volume: 38, Issue: 6, November, 1997, pp. 431

4. Хайрутдинов И.Р. Пути получения пека из нефтяного сырья. М.: ЦНИИТЭНефтехим, 1991. 48 с.

5. Угапьев А.А., Ким И.В., Лобова П.А., Хомченко М.НЭкологические требования к нефтяным пекам.// Безопасность-2010:Материалы докладов XV Всероссийской студенческой научно-практической конференции с международным участием, 2010.- 510 с.