Алюминиевая промышленность, отрасль цветной металлургии, объединяющая предприятия по выработке металлического алюминия. Она играет большую роль в социально-экономическом развитии страны.
Хотя сегодня мировой рынок металла чрезвычайно разнообразен, в то же время в Республике Беларусь он находится на стадии формирования. Одним из наиболее важных факторов его становления является наличие собственных производителей металлопроката.
Основными производителями и, естественно, поставщиками металлопродукции для Беларуси в настоящее время являются предприятия России и Украины. Но поскольку в стране высокоразвиты основные металлопотребляющие отрасли: машиностроение, электротехническая, автомобильная и ряд других отраслей машиностроительной и металлообрабатывающей промышленности, а также строительство, железно-дорожный транспорт, химическая, пищевая промышленность, сельское хозяйство, то для Беларуси, не обладающей запасами руд цветных металлов, производство алюминия, может стать одной из важнейших, определяющих не только уровень экономического развития страны, но и ее экономическую безопасность, экспортный потенциал. Так же продукция цветной металлургии разнообразна и востребована ключевыми отраслями экономики.
Цветная металлургия как отрасль промышленности обладает рядом особенностей, которые, безусловно, оказывают влияние на эффективность ее функционирования:
1. Цветная металлургия является наиболее материалоемкой отраслью промышленности. Она осуществляет переработку полиметаллического сырья, бедного по содержанию полезных компонентов и имеющего сложный вещественный состав. В исходном сырье черной металлургии содержание железа составляет 25-30 % (бедные руды) и 55-65 % (богатые руды). Предприятия цветной металлургии зачастую перерабатывают руды с содержанием ценного компонента 0,3-2,1 % (руды основных тяжелых цветных металлов) и от сотых долей до 0,5 % (руды редких и легирующих металлов). Лишь производство алюминия базируется на более богатом сырье: самые богатые бокситы содержат 40-45 % глинозема. Однако доля такого сырья все время уменьшается. На производство 1 т олова расходуется свыше 300 т руды; 1 т никеля - 200 т руды; 1 т меди - 100 т руды.
2. Цветная металлургия - топливо- и электроемкая отрасль. Наиболее топливоемкими являются производство меди, никеля, кобальта, свинца. При получении алюминия требуется 18 000-20 000 кВт·ч/т, при электроплавке никеля - свыше 30 000 кВт·ч/т электроэнергии. (Для сравнения - расход электроэнергии на выплавку 1 т стали составляет 500 кВт·ч).
3. Цветная металлургия характеризуется высокими трудовыми затратами.
4. Руды, перерабатываемые на предприятиях цветной металлургии, как правило, полиметаллические. Поэтому одной из основных особенностей цветной металлургии является комлексность переработки сырья.
5. Цветная металлургия характеризуется многостадийностью технологических процессов. Полный цикл предполагает добычу руды, ее обогащение, металлургический передел, обработку металлов.
6. Эффективность производственной деятельности в цветной металлургии зависит от природного сырьевого фактора.
7. Для цветной металлургии характерна высокая экологическая опасность производства.
Приведем пример. На территории многих регионов России с развитой цветной металлургией возникли районы с неблагополучной экологической обстановкой. Отдельные территории Таймырского автономного округа (окрестности Норильского промышленного района) можно классифицировать как зоны экологического бедствия. Погибшие древостои в зоне воздействия выбросов Норильского горно-металлургического комбината распространены к югу на 90 км, к юго-востоку - на 120 км от Норильска.
В Красноярске неблагоприятное состояние атмосферного воздуха определяется выбросами Красноярского алюминиевого завода, составляющими почти 50 % общих выбросов по городу.
К особенностям цветной металлургии относятся также высокая капиталоемкость, фондоемкость, большая длительность строительно-монтажного цикла.
| Продукция цветной металлургии | |
| Тяжелые металлы | Прокат и трубы |
| Легкие металлы | Полупровадниковые металлы |
| Легирующие металлы | Твердые сплавы |
| Благородные металлы | Углеродные материалы |
| Редкие металлы | Непрофильные виды продукции |
Рис. 1. Классификация продукции цветной металлургии
Цветная металлургия производит разнообразную продукцию, которая может быть подразделена на десять групп (рис. 1). Продукция каждой группы находит широкое и разнообразное применение в различных металлопотребляющих отраслях.
Металлургический комплекс Беларуси на сегодняшний день включает в себя 5 предприятий цветной металлургии, основные виды продукции которых, сертифицированы во многих странах мира и соответствуют международным стандартам. Однако Беларусь не располагает полноценными месторождениями алюминиевой руды и полностью импортирует их.
Согласно положений и основных задач Программы социально-экономического развития Республики Беларусь на 2005-2010 гг., в рамках научных исследований и опытно-конструкторских разработок на базе внедрения новых и высоких технологий, на территории нашей республики, ученые осваивают производство, которое будет основано на технологии получения цветных металлов из отработанных катализаторов (веществ, ускоряющих химические процессы), которые являются отходами предприятий нефтехимической промышленности, таких как «Гродно Азот», «Нафтан», Мозырский нефтеперерабатывающий завод». Суммарный объем которых оценивается в 200-250 т в год, а содержание цветных металлов в них колеблется от 20 до 40%.
По расчетам специалистов, инвестиции окупятся менее чем за два года. Такое первое в Беларуси гидрометаллургическое производство на базе Дзержинского опытного механического завода планируется открыть в Минской области. Реализацией этого проекта занимаются коммунальное унитарное предприятие «Минский областной инновационный центр» и ученые БНТУ в соответствии с Государственной программой инновационного развития Беларуси на период до 2010 г. Минимальный годовой объем производства на заводе может составить примерно по 78 т меди и цинка, по 80 т никеля, молибдена и алюминия. Сотрудники БНТУ успешно провели испытания по переработке катализаторов в лабораторных условиях, примерно через 1,5 года эти технологии можно будет использовать в промышленных масштабах.
Сырье, материалы, топливо и энергия являются основой нормального функционирования экономики государства. Сырье - предмет труда, на добычу или производство которого был затрачен труд и который под его воздействием претерпел определенные изменения, которое подразделяется на промышленное и сельскохозяйственное (рис. 2).
Рис. 2 Классификация сырья
Сельскохозяйственное сырье производится в отраслях сельского хозяйства (зерно, картофель, свекла) и потребляется главным образом отраслями пищевой и легкой промышленности.
Промышленное сырье - это сырье, полученное в результате работы предприятий промышленных отраслей, потребляемое главным образом в отраслях тяжелой индустрии (руда, нефть, уголь, песок, щебень).
Промышленное сырье может быть первичным и вторичным. Первичное сырье - предмет, на который впервые был затрачен труд. Вторичное сырье - отходы производства, физически или морально устаревшие предметы, подлежащие переработке.
Первичное промышленное сырье может быть минеральным (продукция добывающих отраслей) и искусственным (синтетическим), произведенным в химических отраслях.
Минеральное сырье подразделяется на следующие группы:
· энергохимическое (уголь, горючие сланцы, нефть, природный газ, торф);
· рудное (руды черных, цветных, благородных и редких металлов);
· химическое (фосфориты, апатиты, калийные соли);
· нерудное (строительные материалы, графит, асбест)
Вторичное сырье подразделяется на лом и отходы текущего производства (обрезь, стружка) и амортизационный лом, получаемый в результате износа основных средств.
Основное сырье для цветной металлургии – руды, для производства алюминия, алюминиевые руды: бокситы, нефелины, алуниты и каолины. Наиболее широкое распространение в качестве алюминиевого сырья получили бокситы, причём сначала из руд извлекают полупродукт — глинозём (Al203), а затем уже из глинозёма электролитическим путём получают металлический алюминий. В качестве алюминиевых руд применяются нефелин-сиенитовые, а также нефелин-апатитовые породы, служащие одновременно и источником получения фосфатов. В качестве минерального сырья для получения алюминия могут служить алунитовые породы, лейцитовые лавы, лабрадориты, анортозиты, высокоглинозёмистые глины и каолины, кианитовые, силлиманитовые и андалузитовые сланцы.
В капиталистических и развивающихся странах практически для получения алюминия пользуются лишь бокситами. В бывшем СССР, кроме бокситов, приобрели важное практическое значение нефелин-сиенитовые и нефелин-апатитовые породы.
Таким образом, общий промышленный цикл производства, это, добыча алюминиевых руд, производство глинозёма (окиси алюминия) из руд или концентратов, электродов и анодной массы, фтористых солей (криолита, фторидов алюминия и натрия), выплавку металлического алюминия и получение полуфабрикатов из него..
В природе имеется большое количество минералов и горных пород, содержащих алюминий, из которых 40% относится к силикатным соединениям, однако лишь немногие из них могут быть использованы для получения металлического алюминия. В земной коре содержание алюминия до 7,5%.
Рациональное размещение предприятий по производству алюминия и успешность их дальнейшей деятельности заключается в следующем:
максимальное приближение промышленности к источникам сырья, энергии и районам потребления;
рациональное территориальное разделение труда с целью наиболее эффективной специализации отдельных экономических районов по отраслям промышленности;
учет международного разделения труда;
учет обороноспособности страны;
учет экономической безопасности государства;
учет необходимости максимального использования природных и трудовых ресурсов с охватом их демографической структуры.
Размещение предприятий цветной металлургии происходит под влиянием многих природных и экономических факторов. В первую очередь оно зависит от географии месторождений руд цветных металлов. Алюминиевые заводы представляют собой исключение среди предприятий цветной металлургии. При их размещении учитывают прежде всего наличие мощного источника энергии (рис. 3). Объясняется это большим расходом электроэнергии при электролизе алюминия. Поскольку электроэнергию транспортировать много дороже, чем глинозем, сырье для алюминиевой промышленности иногда везут за многие тысячи километров.
Рис.3. Размещение алюминиевых заводов
Производство алюминия по праву должно стать одним из ведущих производств, ведь металлургия - одна из немногих отраслей, которая играет важную роль в формировании макроэкономических показателей экономики страны.
Какой процесс переработки твердого топлива называют коксованием? Дайте характеристику современного коксохимического производства. Какие эмиссии поступают в окружающую среду на различных стадиях коксохимического производства?
Коксование, промышленный метод переработки природных топлив или продуктов их переработки, путем нагревания до 950-1050 °С без доступа воздуха. Основной продукт коксования – кокс. Кокс (нем. Koks, от англ. соке), искусственное твердое топливо повышенной прочности.
В зависимости от вида сырья различают каменноугольный, электродный пековый и нефтяной кокс. Основное количество кокс производится из твердого топлива, каменного угля.
Коксование возникло в 18 в., когда истребление лесов для получения древесного угля, первоначально шедшего на выплавку чугуна, стало угрожающим и потребовалось заменить этот минеральным топливом. В 1735 в Великобритании была проведена первая доменная плавка на коксе. Кокс выжигался в кучах, подобно тому как до этого выжигался древесный В конце 18 в. было освоено коксование в полузакрытых, а с 1830 - в закрытых камерах, причем выделяющиеся летучие продукты сжигались. С 70-х гг. 19 в. начинают использовать летучие продукты; совершенствуются методы обогрева печей для коксования К началу 20 в. процесс коксования оформился в современном виде.
На современном этапе техника коксования непрерывно совершенствуется: увеличивается размер камер печи и механизируется их обслуживание; вводится загрузка печей высушенной и подогретой (до 200 °С) шихтой. Разрабатываются и принципиально новые, непрерывные методы коксования, основанные на формовании в потоке брикетов из угля, переведённого в пластическое состояние, и последующей прокалке брикетов. С развитием науки и техники, новых компьютерных технологий, коксование приобретает новый вид: производственные процессы механизируются, интенсифицируются существующие и внедряются новые процессы; расширяется ассортимент углей, пригодных для коксования (использование газовых и слабоспекающихся углей); внедряется дистанционное и программное управление коксовыми машинами; осуществляются мероприятия по улучшению условий труда и предотвращению загрязнения воздушного и водного бассейнов.
Современное коксохимическое производство следует рассматривать как большую систему, представляющую собой организованную совокупность технологических процессов, оборудования и рабочих мест, способную перерабатывать поступающее сырье в готовую продукцию. Весь производственный процесс можно расчленить на ряд операций - производственных процессов, по характеру используемого сырья и вырабатываемой продукции. Предприятие следует рассматривать как систему, включающую в себя коллективы работающих. Это обстоятельство в значительной мере определяет сложность, мобильность, динамичность, неуклонное развитие и социальный характер функционирования современных предприятий.
Иерархическое представление структуры исследуемой системы позволяет рассматривать ее укрупненно, соблюдая условия достаточно детального изучения важнейших составляющих ее подсистем и предъявляя ряд требований, а именно:
· число уровней в иерархической структуре должно быть минимально возможным;
· рассматриваемые подсистемы при правильном учете их связей между собой и звеньями системы могут рассматриваться как автономные;
· аналитическое описание каждой из подсистем должно охватывать ее важнейшие экономические и технологические особенности;
· алгоритм описания функционирования системы и увязка связей между подсистемами должны соответствовать схеме согласования целей и задач развития всех подсистем в их движении к оптимуму.
В первом приближении современное коксохимическое производство, можно рассматривать по структурной схеме, состоящей из трех укрупненных производственных блоков: углекоксового, химического и перерабатывающего. Между основными производственными блоками осуществляется последовательная функциональная связь с замкнутым циклом по косовому газу, являющемуся не только носителем химических компонентов (прямой коксовый газ), но и энергетическим потоком (обратный коксовый газ). Эта же схема может быть представлена на межцеховом уровне. Специфической ее особенностью представляется, параллельно-последовательное расположение основных производственных цехов, а также наличие замкнутых внутренних циклов, как по основным материальным потокам (газ коксовый прямой, смола каменноугольная, нафталин технический, пек каменноугольный), так и по вспомогательным (поглотительное масло, серная кислота, газ коксовый обратный).
Технологическая схема производства в аварийных ситуациях предусматривает возможность переключения внутренних связей между параллельно работающими технологическими нитками. Выбор структуры производства определяется, как правило, производительностью аппаратуры, технологическим обеспечением, организацией производства, надежностью функционирования системы, наличием и степенью совершенства средств контроля производства. Технологией производства предусмотрено использование частично или полностью продукции, вырабатываемой основными производственными цехами внутри системы на собственные нужды. Это такие продукты, как каменноугольная смола, серная кислота, среднетемпературный пек, технический нафталин и поглотительное каменноугольное масло.
Таким образом, современное коксохимическое производство представляет собой сложную химико-технологическую систему, насыщенную современным оборудованием большой единичной мощности и современными технологическими процессами. При изучении таких систем приходится анализировать большое число связей элементов и явлений, подвергать их всестороннему исследованию, учитывать взаимодействие частей и целого. Многофакторность, многооперационность и нелинейность процессов, протекающих в системе, могут приводить к неожиданным явлениям, при которых конечный результат функционирования производственной системы достигается различными путями, чаще всего не оптимальными и трудоемкими. Вследствие большого числа факторов и их взаимодействий нередко возникает ситуация, при которой можно объяснить изменение процесса, но предсказать его течение и конечные результаты при изменении условий не всегда представляется возможным.
Информационная система тесно увязана с организационной структурой производства. Это обусловлено тем, что каждый уровень управления предприятия характеризуется присущей ему степенью сложности и детализации информации. На низших уровнях иерархии обрабатывается наибольшее количество информации. Для них типична четкая формулировка поставленных задач, имеющих, как правило, одно решение, результат которого может быть с достаточной степенью точности предсказан. Такие задачи в большинстве своем могут быть легко формализованы и отнесены к разряду простых задач.
На высших уровнях управления информация характеризуется как сложностью и частотой повторения, так и важностью для предприятия в целом.
Наряду с распределением информации по иерархическим уровням управления происходит распределение информации и по горизонтали между структурными подразделениями и отдельными исполнителями, что обусловлено технологическими и организационными особенностями производства, а также системой разделения труда по обработке информации.
Таким образом, информационное обеспечение производства постоянно находится в движении. Можно выделить следующие стадии движения информации.
1. Сбор и накопление информации от подсистем контроля и учета. Специфика организации технологического процесса, оперативность планирования и управления производством опеделяют периодичность сбора информации и ее характер.
2. Переработка накопленной информации путем преобразования первичной информации во вторичную. При этом происходит свертывание информации, получение обобщенных показателей. Частичная потеря информации на этом этапе компенсируется ее компактностью и удобством работы с ней.
3. Принятие решения на основе переработанной информации и выработка рационального управляющего воздействия.
4. Передача управляющего воздействия исполнительным органам.
Важнейшая семантическая характеристика информационного сигнала - его воспринимаемость приемником. Передаваемые данные могут быть информационным сигналом только в том случае, если в воспринимающей системе управления они будут реализованы.
Анализ изложенных вопросов представляется неотъемлемой частью процесса разработки системы управления технологией и производством в целом. За последние годы развивается тенденция аналитического подхода к проблеме управления производством. Это стало возможным благодаря широкому применению вычислительной техники. Такой подход позволяет производственникам глубже понять внутренний механизм производственных процессов и эффективнее управлять производственной системой, а также направить силы на сокращение производственных выбросов в окружающую среду.
Коксование углей, широко распространённый технологический процесс, технологический процесс, который состоит из стадий: подготовка к коксованию, собственно коксование, улавливание и переработка летучих продуктов.
Подготовка включает обогащение (для удаления минеральных примесей) низкосернистых, малозольных, коксующихся углей, измельчение до зёрен размером около 3 мм, смешение нескольких сортов угля, сушка полученной т. н. «шихты». Шихта — смесь измельчённых каменных углей различных марок, служащая сырьём при производстве кокса.
Для коксования шихту загружают в щелевидную коксовую печь (ширина 400—450 мм, объём 30-40 м3). Каналы боковых простенков печей, выложенных огнеупорным кирпичом, обогреваются продуктами сгорания газов: коксового (чаще всего), доменного, генераторного, их смесей и др. Генераторный газ (воздушный газ) — газовая смесь, содержащая (в среднем, об. %) CO — 25, N2 — 70, CO2 — 4 и небольшие примеси других газов.
Получают генераторный газ путём пропускания воздуха над раскалённым каменным углём или коксом в специальных печах — газогенераторах (КПД процесса 65-70%). Выход из кокса 4,65 м³/кг.
Теплотворная способность генераторного газа составляет 800—1000 ккал на кубометр, причём замена воздуха на кислород при его получении ведёт к значительному увеличению доли монооксида углерода и, соответственно, к увеличению теплотворной способности.
Генераторный газ применяется как топливо в металлургической, стекольной, керамической промышленности, для двигателей внутреннего сгорания, а так же для синтеза аммиака.
Продолжительность нагрева составляет 14-16 часов. Температура процесса — 900—1050 °C. Полученный кокс (75-78 % от массы исходного угля) в виде т. н. «коксового пирога» (спёкшейся в пласт массы) — выталкивается специальными машинами («коксовыталкивателями») в железнодорожные вагоны, в которых охлаждается («тушится») водой или инертным газом (азотом).
Парогазовая смесь выделяющихся летучих продуктов (до 25 % от массы угля) отводится через газосборник для улавливания и переработки. Для разделения летучие продукты охлаждают впрыскиванием распыленной воды (от 70 °C до 80 °C) — при этом из паровой фазы выделяется большая часть смол, дальнейшее охлаждение парогазовой смеси проводят в кожухотрубчатых холодильниках (до 25-35 °С). Конденсаты объединяют и отстаиванием выделяют надсмольную воду и каменноугольную смолу. Затем сырой коксовый газ последовательно очищают от NH3 и H2S, промывают поглотительным маслом (для улавливания сырого бензола и фенола), серной кислотой (для улавливания пиридиновых оснований). Очищенный коксовый газ (14-15 % от массы угля) используют в качестве топлива для обогрева батареи коксовых печей и для других целей.
Из надсмольной воды (9-12 % от массы угля) отгонкой с паром выделяют: NH3 (в виде концентрированной аммиачной воды), фенолы, пиридиновые основания. Очищенную воду после разбавления технической водой направляют на тушение кокса или на биологическую очистку сточных вод на очистные сооружения.
Каменноугольная смола (3-4 % от массы угля) является сложной смесью органических веществ (в настоящее время идентифицировано только ~60 % компонентов смолы — более 500 веществ). Смолу методом ректификации подвергают разделению на фракции: нафталиновую, поглотительную, антраценовую и каменноугольный пёк. Из них, в свою очередь, кристаллизацией, фильтрованием, прессованием и химической очисткой выделяют: нафталин, антрацен, фенантрен, фенолы и каменноугольные масла.
Процесс коксования длится около 14 часов. После того как он закончится, образовавшийся кокс-«коксовый пирог»-выгружают из камеры в вагон и затем гасят водой или инертным газом; в камеру загружают новую партию угля, и процесс коксования начинается снова. Коксование угля – периодический процесс.
Основные продукты: кокс-96-98% углерода; коксовый газ-60% водорода, 25% метана, 7% оксида углерода (II) и др. Побочные продукты: каменноугольная смола (бензол, толуол), аммиак (из коксового газа) и др.