Экология производства алюминия

Токсикологическая оценка сырья и выделений при электролизе Глинозем (А12O3 ) — основное сырье для производства алюминия, представляет собой высокоабразивный, мелкокристаллический порошок, не растворимый в воде. От продолжительного контакта с пылью глинозема возможны хронические поражения дыхательных путей, приводящие к изменениям в легких (пневмокониоз, фиброз и пр.). ПДК глинозема в рабочей зоне 6мг/м³, а ориентировочный безопасный уровень воздействия в атмосферном воздухе (ОБУВ) составляет 0,01мг/м³. Криолит (3NaF·AlF3) — один из основных компонентов электролита, представляющий собой двойную соль, содержащую до 12,8% алюминия, 32,8% натрия и около 54,4% фтора. По внешнему виду — это мелкокристаллический порошок белого или сероватого вещества, комкующийся при сжатии. При попадании в организм человека ухудшает состав крови, а при систематическом воздействии может вызвать заболевания костей и зубов. ПДК в рабочей зоне 1мг/м³, а среднесуточное содержание (ПДКcc) в воздухе населенных пунктов 0,3мг/м³. Фторид алюминия (A1F3) — компонент электролита, представляющий собой порошок белого или розового цвета и содержащий около 64,5% фтора. Слабо растворим в воде, при нагревании возгоняется, не переходя в жидкое состояние. Токсичность его аналогична криолиту, и ПДК в рабочей зоне составляет 1мг/м³, а ПДК — 0,03мг/м³. Фторид натрия (NaF) — компонент электролита, составная часть криолита. Представляет собой гигроскопичный белый порошок, содержащий около 45% фтора. Относится к ядовитым веществам, токсичен, поражает центральную нервную систему (протоплазменный яд). При попадании в организм может вызывать тошноту и более тяжелые отравления. ПДК в рабочей зоне составляет 1мг/м³, а ПДКcc — 0,01мг/м³ Дифторид кальция (CaF2) — корректирующая добавка к электролиту, бесцветное кристаллическое вещество с содержанием 46% фтора, практически нерастворимое в воде. Ухудшает состав крови, негативно влияет на белковые вещества в организме. При остром отравлении действует на центральную нервную систему и желудочно-кишечный тракт; на дыхательные пути не действует. ПДК в рабочей зоне составляет 1мг/м³, а ПДКcc—0,03мг/м³. Фторид лития (LiF) — одна из наиболее эффективных добавок к электролиту, снижающая температуру плавления электролита. Представляет собой белый порошок, который слабо растворим в воде и содержит около 73% фтора. При длительном воздействии на человека даже в малых концентрациях вызывает флюороз. ПДК в рабочей зоне составляет 1мг/м³, а ПДКcc, не установлена. Дифторид магния (MgF2 ) — добавка к электролиту, представляющая собой кристаллический порошок, плохо растворимый в воде. Токсичность MgF аналогична LiF. ПДК в рабочей зоне 1мг/м³, а ПДКcc не установлена. Анодная масса — электродный материал, из которого формируются самообжигающиеся аноды, состоящий примерно на 70% из электродного кокса (пекового или нефтяного) и на 30% из связующего, в качестве которого используется каменноугольный пек. Он состоит в основном из ароматических углеводородов с конденсированными ядрами, некоторые из них являются канцерогенными веществами. Анодная масса — твердый пористый продукт, черного цвета с темно-серыми блестящими вкраплениями. Начало ее размягчения можно наблюдать уже при температуре 50°С, а при температуре выше 120°С переходит в жидкотекучее состояние. При дальнейшем нагреве из анодной массы начинают интенсивно выделяться смолистые вещества, состоящие из легких углеводородов. При длительном воздействии пыли анодной массы возможны заболевания легких, а при попадании в организм бенз(а)пирена, содержащегося в смолистых веществах, могут возникнуть доброкачественные и злокачественные новообразования. Разовые воздействия больших концентраций смолистых веществ могут привести к покраснению кожи, головокружению, рвоте и сухому кашлю. ПДК углеродной пыли из анодной массы в рабочей зоне составляет бмг/м³, летучих веществ пека — 0,5мг/м³, а бенз(а)пирена — 0,00015мг/м³. ПДКcc углеродной пыли не должна превышать 0,5мг/м³, а бенз(а)пирена — 0,1мкг/100м³. Обожженные аноды состоят из отдельных блоков, изготовленных из малозольных электродных коксов и прошедших предварительную прокалку при температуре более 1200°С. Выделения из обожженных анодов составляют смесь оксида и диоксида углерода, а выброс смолистых продуктов практически отсутствует. В процессе работы из электролизера выделяется ряд веществ в виде газа, пыли и твердых отходов. При электролизе выделяются газообразные вещества в виде СО, CO2, HF, SО2, SiF4, CF4 и некоторые другие. Твердые вещества выделяются в основном в виде пыли, содержащей А12O3, фториды, используемые как сырье (Na3A1F6, A1F3, NaF и пр.), а также смолистые соединения (при использовании СОА). Кроме того, большое место в твердых отходах составляет отработанная футеровка электролизеров, продукты переработки угольной пены и производства регенерационного криолита (при применении мокрого способа очистки отходящих газов), а также производственный мусор, загрязненный продуктами производства алюминия. Токсикологическая характеристика некоторых видов отходов. Диоксид углерода (CO2 ) — основной компонент анодных газов, бесцветен и без запаха, тяжелее воздуха. В присутствии кислорода действует как наркотик, а в отсутствие — как удушающий газ. Хронических заболеваний не вызывает, но может повысить давление крови, вызвать головокружение, обмороки. ПДК и ПДКcc не установлены. Оксид углерода (CO) — компонент анодных газов, выделение которого тем больше, чем хуже работает ванна. Бесцветный газ, без вкуса и почти без запаха, чрезвычайно ядовит ("кровяной яд"), но не обладает раздражающими свойствами, поэтому его присутствие в воздухе не обнаруживается. Может изменять состав крови, что приводит к удушью, степень которого зависит от его концентрации в воздухе и длительности воздействия. При острых отравлениях могут наступить потеря сознания, судороги. ПДК в рабочей зоне составляет 20мг/м³, а ПДКcc — 3,0мг/м³. Фтористый водород (HF). Основным источником образования служит криолит Na3A1F6 и, особенно, входящий в его состав A1F3. CaF2 и MgF2 не влияют заметно на выделения HF в атмосферу и в балансе фтора не учитываются. Фтористый водород составляет около половины фторидов, покидающих расплав. Водород, необходимый для его образования, содержится в адсорбированном виде в угольной матрице анода. Этот источник является весьма важным, так как при массовой доле водорода в аноде около 0,01%(мас.) количество фтора в анодных газах составляет около 1,7, а при содержании водорода около 0,07% повышается до 3,4 — 3,8 г F/кг алюминия. Другим важным источником выделения HF является взаимодействие криолита и фторида алюминия с влагой, содержащейся в глиноземе 2Na3·A1F6 + ЗН2O↑ = А12O3 + 6NaF + 6НF↑ 2A1F3 + ЗН2O↑ =А12O3 + 6НF↑ При содержании влаги в глиноземе 0,01% может образоваться до 4 кг F/т алюминия. Фактическое же содержание влаги в глиноземе нередко достигает 1%, и поэтому влажный глинозем является потенциальным источником выделений HF — каждые 18г воды, попавшей в электролит, образует 56г HF. Фтористый водород — бесцветный газ легче воздуха, хорошо растворяется в воде, образует при этом плавиковую кислоту, раздражает слизистые оболочки глаз, вызывает кровоизлияния и язвы дыхательных путей, отек легких, носовые кровотечения, гнойный бронхит, поражение мышцы сердца, удушье, спазм гортани и судороги. Длительное воздействие даже в небольших количествах может вызвать хроническое заболевание в виде отложений фтора в зубах и костях флюороз. ПДК в рабочей зоне составляет 0,5 мг/м³, а ПДКБсс — 0,005мг/м³. Тетрафторид углерода (CF4). Во время протекания анодного эффекта идет образование фторида углерода и при этом содержание CF4 в анодных газах достигает 30%, а C2F6С F — 1-2%, причем содержание CF4 на ваннах с ВТ на порядок больше, чем на ваннах с ОА. Однако вследствие незначительного содержания этих компонентов ПДК в рабочей зоне и ПДКсс для них не установлены. Тетрафторид кремния (SiF4). Кремний попадает в электролит с сырьем и в основном переходит в алюминий, но некоторая его часть, взаимодействуя с криолитом, образует SiF4 Тетрафторид кремния — бесцветный газ с удушливым запахом, тяжелее воздуха, разлагается водой с образованием плавиковой и кремниевой кислот. Вызывает раздражение слизистой оболочек глаз, носа и дыхательных путей. ПДК для SiF4 в рабочей зоне составляет 0,5мг/м³, а ПДКсс, 0,02мг/м³ . В связи с незначительным содержанием кремния в электролите SiF4 образуется в малых количествах. Диоксид серы (SO2) образуется путем взаимодействия содержащейся в сырье серы (в виде сульфатов и сульфидов) с компонентами электролита. Диоксид серы — бесцветный газ с острым запахом, тяжелее воздуха, растворяется в воде. Оказывает общетоксическое и раздражающее действие. вредно влияет на растения. При контакте со слизистыми оболочками оказывает местное раздражающее действие, нарушая обменные процессы. При значительных концентрациях появляются сухой кашель, жжение и боль в горле, а при более длительном воздействии — поражение легких. ПДК в рабочей зоне составляет 10мг/м³, а ПДКсс — 0,05мг/м³ . Твердые отходы производства представляют собой источник загрязнения окружающей среды. К основным из них относятся: — потери сырья при разгрузке и транспортировке; — пыль, увлекаемая вентиляцией и отходящими газами; — угольная пена, снимаемая с поверхности электролита; — отходы (хвосты) переработки угольной пены и производства регенерационного криолита (при мокрой очистке отходящих газов); — отходы, образующиеся при капитальном ремонте электролизеров. Металлургия алюминия / Ю.В.Борисоглебский, Г.В.Галевский, Н.М.Кулагин. М.Я.Минцис, Г.А.Сиразутдинов.— Новосибирск: Наука. Сибирская издательская фирма РАН, 1999. — 438 с.