Химия и химические технологии/6. Органическая химия

Применение модифицированной тяжелой смолы пиролиза в производстве анодной массы

Китонов Г.А.1 , Дошлов О.И2.

    1 Магистрант кафедры металлургии цветных металлов Иркутского национального исследовательского технического университета.

 2 Профессор кафедры химической технологии Иркутского национального исследовательского  технического университета.

   Процесс пиролиза это источник получения как низших олефинов, так и тяжелых смол пиролиза. Высокое содержание ароматических углеводородов, особенно полициклических, и достаточно высокое значение йодного числа, указывающее на значительное содержание непредельных углеводородов, свидетельствуют о склонности тяжелых смол пиролиза к реакциям уплотнения (конденсации, полимеризации,) с образованием продуктов, обладающих высокими связующими и спекающими свойствами.

Сырьем для получения анодной массы и обожженных анодов служат электродные коксы и электродные каменноугольные пеки. Основные свойства коксов и пеков в значительной степени зависят от того, из каких продуктов нефтепереработки или коксохимии они получены .

Главный недостаток каменноугольного пека — высокая канцерогенная активность, обусловленная спецификой химического состава и значительным содержанием полициклических ароматических углеводородов (ПАУ) и фенолов, усиливающих действие последних.

Очевидна необходимость создания обоснованных рецептур композитного сырья с учетом данных экономического и экологического анализов

Основными экологическими задачами современного производства, является оценка фактического состояния окружающей среды, выявление путей снижения негативного воздействия на природу, реконструкция производств с учетом требований природоохранного законодательства и мнения об­щественности, внедрение экологически чистых технологий. Современные технологии алюминиевого производства сопряжены с риском негативного воздействия на окружающую среду — это загрязнение почв по причине массового складирования отходов, сброс недостаточно обработанных произ­водственных вод в естественные водоемы.

Физико-химические свойства модифицированной тяжелой смолы пиролиза (МТСП) марки «А» производства ОАО «Ангарский завод полимеров» приведен ниже.

Плотность при 20°С, г/см3, не менее ...... 1,04

Вязкость кинематическая при 100°С,

   мм2/с, не более …………………………     ..25

Температура отгона 3% -го объема, °С,

не менее ................................ …………..180

Коксуемость, %, не более.... ………….. 24

Содержание, % мас., не более:

серы ………………………………………… 0,3

воды ………………………………………… 0,3

механических примесей ……………… ……0,01

Индекс корреляции, не менее …………..125

Содержание ионов натрия, % мас., не

более...................................... ………….. 0,005

Содержание ионов калия, % мас.………..0,0005

Относительно высокое содержание ароматических углеводородов, особенно полициклических, и достаточно большое йодное число, указы на значительное содержание непредельных водородов, свидетельствуют о склонности тяжелых смол пиролиза к реакциям уплотнения с образованием  продуктов, обладающих высокими связующими свойствами и спекающими свойствами. Коксуемость МТСП составляла 22-24%.

   Преимуществом для использования ТСП является низкое содержание серы. Это дает возможность получения из смол пиролиза малосернистых композиционных углеродосодержащих материалов, что важно с технологической точки зрения (увеличение межремонтного  пробега установки) в цехе электролитического получения алюминия. Все замесы готовили в лабораторном обогреваемом смесителе с Z-образными лопастями (темпера тура смешивания массы — 180°С). Дозировку связующего выбирали из расчета получения « анодной массы с текучестью 1,2-1,3 отн.ед. В замесах с добавлением смолы пиролиза содержание связующего снижали пропорционально дозировке смолы. Работа выполнялась таким образом чтобы свести к минимуму влияние свойств наполнителя, грансостава коксовой шихты и логии приготовления анодной массы на результаты исследований.

Приведенные данные показывают, что свойства каменноугольного пека существенно меняются при добавлении к нему ТСП. Установленные закономерности изменения свойств компаундированного связующего показывают, что при увеличении коли­чества смолы пиролиза в смеси существенно улучшаются реологические свойства. Это свидетельству­ет о пластифицирующей способности  ТСП.

Результаты исследований анодной массы указывают на то, что для достижения близ­ких значений текучести анодная масса на основе смеси пека и смолы пиролиза требует меньшей (на 1,0-1,5%) дозировки связующего. Это обусловлено более низкой вязкостью смеси каменноугольного пека и МТСП, что влечет за собой закономерное увеличение коэффициента текучести. Дозировка связующего в анодную массу на смеси пека и смолы пиролиза была выше (на 1,0-1,5%) по сравнению с массой на каменноугольном пеке. Поэтому объем пор карбонизованного связующего больше в массе  приготовленной на смеси. На основании этого можно сказать, что две составляющие пористости из трех вышеприведенных должны возрастать. Поэтому следует ожидать повышения пористости анодной массы с ростом добавки смолы пиролиза к каменноугольному пеку, что и подтверждается результатами данных иссле­дований.

В результате проведенных лабораторных исследований можно сделать следующие выводы:

•     потребность анодной массы в компаундированном связующем на 1,5% об. меньше, по сравнению с каменноугольным пеком марки «В» для обеспечения одинаковых пластических свойств;

•     установленные закономерности изменения свойств компаундированного связующего показывают, что при увеличении количества смолы пиролиза в смеси существенно улучшаются реологические свойства;

•     использование компаундированного связующего в виде смеси позволит снизить дозировку связующего в анодную массу по сравнению с каменно­угольным ВТП, улучшить эксплуатационные характеристики сухой анодной массы.

По результатам расчета ожидаемого расхода анодной массы на тонну алюминия и количества канцерогенных веществ при использовании МТСП и каменноугольного высокотемпературного пека в качестве связующего получены следующие показатели:

•    снижение расхода каменноугольного пека на 6,7 кг/т алюминия;

•     снижение содержания бенз()пирена в анодной массе на 12,4%.

Таким образом, в результате выполненных работ выявлены возможность и целесообразность использования МТСП в смеси с высокотемпературным каменноугольным пеком, что позволит значительно улучшить экологию производства алюминия с использованием технологии Содерберга, в частности снизить содержание канцерогенных веществ в воздухе рабочей зоны, а также рационально использовать продукт нефтепереработки — тяжелую смолу пиролиза.

Литература

1. Лубинский М.И., Дошлов О.И., Лебедева И.П. К вопросу использования тяжелой смолы пиролиза для получения углеграфитовых материалов // Тез. Докл. V Респ. научно-тех. конф, молодых ученых и специалис­тов алюминиевой и электродной промышленности. — Иркутск, 2007. — С. 77-78.

2.Зельберг Б.И. Контроль и снижение выбросов перфторуглеродов на предприятиях алюминиевой промышленности: общемировые тенденции и ситуация в России // Электрометаллургия легких металлов. Сборник научных трудов. — 2004. — С. 165-173.

3.        Вредные вещества в промышленности. Справочник для химиков, инженеров и врачей. — Изд. 7-е, пер. и доп. — В трех томах. — Т. I. Органические вещества / Под ред. засл.деят. науки проф. Н.В.Лазарева и д.м.н. Э.Н. Левиновой.-Л.:Химия,1976.-592 с.      

4.  Глаголева О.Ф. Нефтяной кокс. Ресурсы сырья и технологии прокаливания // ХТТМ. — 2005. — № 3. — С. 20-23.