Среда, Март 16 2011 21: 05

Выплавка и рафинирование алюминия

Оценить этот пункт
(32 голосов)

Обзор процесса

Бокситы добываются открытым способом. Более богатые руды используются по мере добычи. Руды более низкого качества могут быть обогащены путем дробления и промывки для удаления отходов глины и кремнезема. Производство металла состоит из двух основных этапов:

  1. рафинирование. Производство глинозема из бокситов по способу Байера, при котором бокситы вывариваются при высокой температуре и давлении в крепком растворе едкого натра. Полученный гидрат кристаллизуют и прокаливают до оксида в печи для обжига или в кальцинаторе с псевдоожиженным слоем.
  2. Снижение. Восстановление глинозема до первичного металлического алюминия с использованием электролитического процесса Холла-Эру с использованием угольных электродов и криолитового флюса.

 

Экспериментальные разработки предполагают, что в будущем алюминий может быть восстановлен до металла путем прямого восстановления из руды.

В настоящее время используются два основных типа электролитических ячеек Холла-Эру. В так называемом процессе «предварительного обжига» используются электроды, изготовленные, как указано ниже. В таких плавильных цехах воздействие полициклических углеводородов обычно происходит на предприятиях по производству электродов, особенно в смесительных мельницах и формовочных прессах. Плавильные заводы, использующие электролизеры Содерберга, не нуждаются в оборудовании для производства обожженных углеродных анодов. Вместо этого смесь кокса и пекового связующего помещают в бункеры, нижние концы которых погружены в ванну с расплавленной криолит-глиноземной смесью. Когда смесь пека и кокса нагревается в ванне с расплавленным металлом и криолитом внутри камеры, эта смесь спекается в твердую графитовую массу. на месте. Металлические стержни вставлены в анодную массу в качестве проводников для электрического потока постоянного тока. Эти стержни необходимо периодически заменять; при их извлечении значительное количество летучих веществ каменноугольного пека выделяется в окружающую среду камеры камеры. К этому воздействию добавляют те летучие пековые вещества, которые образуются в процессе обжига пекококсовой массы.

В течение последнего десятилетия промышленность стремилась либо не заменять, либо модифицировать существующие установки для восстановления типа Содерберга вследствие доказанной канцерогенной опасности, которую они представляют. Кроме того, с ростом автоматизации операций восстановительной электростанции, особенно замены анодов, задачи все чаще выполняются с помощью закрытых механических кранов. Следовательно, облучение рабочих и риск развития заболеваний, связанных с выплавкой алюминия, на современных предприятиях постепенно снижаются. Напротив, в тех странах, где адекватные капитальные вложения недоступны, сохранение старых процессов восстановления с ручным управлением будет по-прежнему представлять риск тех профессиональных нарушений (см. ниже), которые ранее были связаны с заводами по восстановлению алюминия. Действительно, эта тенденция будет усиливаться в таких старых, неулучшенных операциях, особенно с возрастом.

Производство угольных электродов

Электроды, необходимые для электролитического восстановления с предварительным обжигом до чистого металла, обычно изготавливаются на предприятии, связанном с этим типом алюминиевых заводов. Аноды и катоды чаще всего изготавливаются из смеси измельченного нефтяного кокса и пека. Кокс сначала измельчают в шаровых мельницах, затем транспортируют и механически смешивают с пеком и, наконец, отливают в блоки на формовочных прессах. Затем эти анодные или катодные блоки нагревают в газовой печи в течение нескольких дней до тех пор, пока они не образуют твердые графитовые массы, из которых будут удалены практически все летучие вещества. Наконец, они прикрепляются к анодным стержням или имеют прорези для катодных стержней.

Следует отметить, что пек, используемый для изготовления таких электродов, представляет собой дистиллят, полученный из каменноугольной или нефтяной смолы. При превращении этой смолы в пек при нагревании конечный пековый продукт выпаривает практически все низкокипящие неорганические вещества, например SO.2, а также алифатические соединения и ароматические соединения с одним и двумя кольцами. Таким образом, такой пек не должен представлять такой же опасности при его использовании, как каменноугольная или нефтяная смола, поскольку эти классы соединений не должны присутствовать. Есть некоторые признаки того, что канцерогенный потенциал таких продуктов смолы может быть не таким большим, как у более сложной смеси смол и других летучих веществ, связанных с неполным сгоранием угля.

Опасности и их предотвращение

Опасности и меры предосторожности при плавке и рафинировании алюминия в основном такие же, как и при плавке и рафинировании в целом; однако отдельные процессы представляют определенную опасность.

Горнодобывающая промышленность

Хотя в литературе встречаются спорадические упоминания о «бокситовом легком», убедительных доказательств того, что такое образование существует, мало. Однако следует учитывать возможность присутствия кристаллического кремнезема в бокситовых рудах.

процесс Байера

Широкое использование каустической соды в процессе Байера сопряжено с частым риском химических ожогов кожи и глаз. Удаление накипи из резервуаров с помощью пневматических молотков приводит к сильному шумовому воздействию. Потенциальные опасности, связанные с вдыханием чрезмерных доз оксида алюминия, образующегося в этом процессе, обсуждаются ниже.

Все рабочие, участвующие в процессе Байера, должны быть хорошо информированы об опасностях, связанных с обращением с едким натром. На всех объектах, подверженных риску, должны быть предусмотрены фонтанчики для промывания глаз и бассейны с проточной водой и водоотводные души с пояснительным пояснением их использования. СИЗ (например, защитные очки, перчатки, фартуки и сапоги) должны быть обеспечены. Должны быть обеспечены душевые и двойные раздевалки (один шкафчик для рабочей одежды, другой для личной одежды), а всем работникам рекомендуется тщательно мыться в конце смены. Все рабочие, работающие с расплавленным металлом, должны быть снабжены щитками, респираторами, рукавицами, фартуками, нарукавниками и гетрами для защиты от ожогов, пыли и паров. Рабочие, занятые на низкотемпературном процессе Гадо, должны быть обеспечены специальными перчатками и костюмами для защиты от паров соляной кислоты, выделяющихся при пуске электролизеров; шерсть показала хорошую устойчивость к этим испарениям. Респираторы с угольными картриджами или маски, пропитанные оксидом алюминия, обеспечивают достаточную защиту от паров смолы и фтора; для защиты от угольной пыли необходимы эффективные пылезащитные маски. Рабочие с более тяжелым воздействием пыли и дыма, особенно на предприятиях Содерберга, должны быть обеспечены средствами защиты органов дыхания с подачей воздуха. Поскольку механизированные работы в цехах выполняются удаленно из закрытых кабин, необходимость в этих мерах защиты отпадает.

электролитическое восстановление

Электролитическое восстановление подвергает рабочих риску получения ожогов кожи и несчастных случаев из-за брызг расплавленного металла, теплового стресса, шума, опасностей поражения электрическим током, паров криолита и плавиковой кислоты. Электролизеры могут выделять большое количество пыли фторида и оксида алюминия.

В цехах изготовления угольных электродов должно быть установлено вытяжное вентиляционное оборудование с рукавными фильтрами; ограждение оборудования для измельчения пека и угля эффективно сводит к минимуму воздействие нагретого пека и угольной пыли. Следует проводить регулярные проверки концентрации пыли в атмосфере с помощью подходящего устройства для отбора проб. Рабочие, подвергающиеся воздействию пыли, должны периодически проходить рентгенологическое обследование, после которого, при необходимости, должны проводиться клинические осмотры.

Чтобы снизить риск обращения с пеком, транспортировка этого материала должна быть максимально механизирована (например, можно использовать автоцистерны с подогревом для перевозки жидкого пека на завод, где он автоматически перекачивается в резервуары с подогретым пеком). Регулярные осмотры кожи для выявления эритемы, эпителиомы или дерматита также целесообразны, а дополнительную защиту могут обеспечить барьерные кремы на альгинатной основе.

Рабочие, выполняющие огневые работы, должны быть проинструктированы до наступления жаркой погоды о необходимости увеличить потребление жидкости и обильно солить пищу. Они и их руководители также должны быть обучены распознавать зарождающиеся расстройства, вызванные жарой, у себя и своих коллег. Все работающие здесь должны быть обучены принимать надлежащие меры, необходимые для предотвращения возникновения или прогрессирования тепловых расстройств.

Рабочие, подвергающиеся воздействию высоких уровней шума, должны быть обеспечены средствами защиты слуха, такими как беруши, которые пропускают низкочастотный шум (чтобы обеспечить восприятие приказов), но уменьшают передачу интенсивного высокочастотного шума. Кроме того, рабочие должны регулярно проходить аудиометрическое обследование для выявления потери слуха. Наконец, персонал также должен быть обучен проведению сердечно-легочной реанимации пострадавшим от поражения электрическим током.

Возможность разбрызгивания расплавленного металла и сильных ожогов широко распространена на многих площадках восстановительных заводов и связанных с ними операций. В дополнение к защитной одежде (например, рукавицам, фартукам, гетрам и щиткам для лица) следует запретить ношение синтетической одежды, поскольку тепло расплавленного металла заставляет такие нагретые волокна плавиться и прилипать к коже, что еще больше усиливает ожоги кожи.

Лица, использующие кардиостимуляторы, должны быть исключены из редукционных операций из-за риска аритмии, вызванной магнитным полем.

Другие последствия для здоровья

Широко сообщалось об опасности для рабочих, населения в целом и окружающей среды в результате выброса фторсодержащих газов, дыма и пыли при использовании криолитового флюса (см. таблицу 1). У детей, проживающих поблизости от плохо контролируемых алюминиевых заводов, сообщалось о разной степени крапчатости постоянных зубов, если воздействие происходило на этапе развития постоянных зубов. Среди рабочих металлургических заводов до 1950 г. или там, где сохранялся недостаточный контроль за выбросами фтора, наблюдались различные степени флюороза костей. Первая стадия этого состояния состоит из простого увеличения плотности костей, особенно выраженного в телах позвонков и тазу. По мере дальнейшего всасывания фтора в кости в дальнейшем наблюдается кальцификация связок таза. Наконец, в случае экстремального и длительного воздействия фтора отмечается кальцификация околопозвоночных и других связочных структур, а также суставов. В то время как эта последняя стадия наблюдалась в ее тяжелой форме на заводах по переработке криолита, такие продвинутые стадии редко, если вообще когда-либо, наблюдались у рабочих алюминиевых заводов. По-видимому, менее выраженные рентгенологические изменения костных и связочных структур не связаны с изменениями архитектурной или метаболической функции кости. С помощью надлежащих методов работы и адекватного контроля вентиляции можно легко предотвратить развитие каких-либо из вышеперечисленных рентгенологических изменений у рабочих, работающих на таких операциях, несмотря на 25-40 лет такой работы. Наконец, механизация цехов электролиза должна свести к минимуму, если не полностью устранить любые опасности, связанные с фторидами.

Таблица 1. Входы технологических материалов и выбросы загрязняющих веществ при выплавке и рафинировании алюминия

Процесс

Вклад материала

Выбросы в атмосферу

Технологические отходы

Прочие отходы

Переработка бокситов

Бокситы, гидроксид натрия

Твердые частицы, щелочь/вода
пар

 

Остаток, содержащий кремний, железо, титан, оксиды кальция и щелочь

Осветление и осаждение глинозема

Глиноземная суспензия, крахмал, вода

 

Сточные воды, содержащие крахмал, песок и щелочь

 

Прокаливание глинозема

гидрат алюминия

Твердые частицы и водяной пар

   

Первичный электролит
выплавка алюминия

Глинозем, угольные аноды, электролизеры, криолит

Фторид - как газообразный, так и в виде частиц, двуокись углерода, двуокись серы, окись углерода, C2F6 , CF4 и перфторуглероды (PFC)

 

Отработанные кастрюли

 

С начала 1980-х годов у рабочих в цехах по восстановлению алюминия были четко продемонстрированы состояния, похожие на астму. Эта аберрация, называемая профессиональной астмой, связанной с плавкой алюминия (OAAAS), характеризуется переменным сопротивлением воздушному потоку, гиперреактивностью бронхов или тем и другим и не провоцируется раздражителями вне рабочего места. Его клинические симптомы включают свистящее дыхание, чувство стеснения в груди, одышку и непродуктивный кашель, которые обычно проходят через несколько часов после производственных воздействий. Латентный период между началом воздействия на рабочем месте и началом ОААС сильно варьирует от 1 недели до 10 лет, в зависимости от интенсивности и характера воздействия. Состояние обычно улучшается при удалении с рабочего места после отпуска и т. д., но становится более частым и тяжелым при продолжительном воздействии на работу.

Хотя возникновение этого состояния коррелирует с концентрацией фтора в помещении, неясно, связана ли этиология расстройства именно с воздействием этого химического агента. Учитывая сложную смесь пыли и дыма (например, твердые и газообразные фториды, диоксид серы, а также низкие концентрации оксидов ванадия, никеля и хрома), более вероятно, что такие измерения фторидов представляют собой заменитель этой сложной смеси дымов. газы и твердые частицы, обнаруженные в помещениях электролиза.

В настоящее время представляется, что это состояние является одной из все более важной группы профессиональных заболеваний: профессиональной астмы. Причинный процесс, приводящий к этому расстройству, в отдельном случае определяется с трудом. Признаки и симптомы ОААС могут быть следствием: ранее существовавшей аллергической астмы, неспецифической гиперреактивности бронхов, синдрома реактивной дисфункции дыхательных путей (RADS) или истинной профессиональной астмы. Диагностика этого состояния в настоящее время проблематична, требуя соответствующего анамнеза, наличия переменного ограничения воздушного потока или, при его отсутствии, развития фармакологически индуцированной гиперреактивности бронхов. Но если последнее недоказуемо, этот диагноз маловероятен. (Однако это явление может в конечном итоге исчезнуть после того, как расстройство исчезнет с устранением вредных воздействий на работе.)

Поскольку это расстройство, как правило, становится все более тяжелым при продолжительном воздействии, пострадавших людей чаще всего необходимо отстранить от продолжительного воздействия на работе. В то время как лица с ранее существовавшей атопической астмой должны быть изначально ограничены в доступе в камеры для снижения содержания алюминия, отсутствие атопии не может предсказать, возникнет ли это состояние после производственных воздействий.

В настоящее время имеются сообщения о том, что алюминий может быть связан с нейротоксичностью у рабочих, занятых плавкой и сваркой этого металла. Было ясно показано, что алюминий всасывается через легкие и выделяется с мочой в количествах, превышающих норму, особенно у работников реанимационных камер. Однако большая часть литературы, посвященной неврологическим эффектам у таких работников, основана на предположении, что поглощение алюминия приводит к нейротоксичности человека. Соответственно, до тех пор, пока такие ассоциации не станут более воспроизводимыми, связь между алюминием и профессиональной нейротоксичностью в настоящее время следует считать спекулятивной.

Из-за необходимости иногда расходовать свыше 300 ккал/ч при замене анодов или выполнении других напряженных работ в присутствии расплавленного криолита и алюминия в периоды жаркой погоды могут наблюдаться тепловые нарушения. Такие эпизоды наиболее вероятны, когда погода вначале меняется с умеренной на жаркую и влажную. Кроме того, методы работы, которые приводят к ускоренной замене анода или работе в течение двух последовательных рабочих смен в жаркую погоду, также предрасполагают рабочих к таким тепловым расстройствам. Рабочие, недостаточно акклиматизированные к жаре или физически кондиционированные, потребляющие недостаточно соли или перенесшие интеркуррентные или недавние заболевания, особенно склонны к развитию теплового истощения и/или тепловых судорог при выполнении таких тяжелых работ. Тепловой удар случался, но редко среди рабочих алюминиевых заводов, за исключением тех, у кого были известные предрасполагающие изменения здоровья (например, алкоголизм, старение).

Было продемонстрировано, что воздействие полициклических ароматических соединений, связанное с вдыханием паров смолы и твердых частиц, подвергает персонал восстановительных клеток типа Содерберга, в частности, чрезмерному риску развития рака мочевого пузыря; избыточный риск рака менее известен. Предполагается, что работники заводов по производству угольных электродов, где нагревают смеси нагретого кокса и гудрона, также подвергаются такому риску. Однако после прокаливания электродов в течение нескольких дней при температуре около 1,200 °С полициклические ароматические соединения практически полностью сгорают или улетучиваются и больше не связаны с такими анодами или катодами. Следовательно, редукционные клетки, в которых используются предварительно обожженные электроды, не представляют столь четкого представления о чрезмерном риске развития этих злокачественных заболеваний. Другие неоплазии (например, негранулоцитарный лейкоз и рак головного мозга) могут возникать при операциях по уменьшению содержания алюминия; в настоящее время такие свидетельства фрагментарны и непоследовательны.

Вблизи электролизеров использование пневматических пробойников в цехах электролиза создает уровень шума порядка 100 дБА. Ячейки электролитического восстановления включаются последовательно от источника питания низкого напряжения с большой силой тока, и, следовательно, случаи поражения электрическим током обычно не бывают тяжелыми. Однако в машинном отделении в точке, где источник высокого напряжения соединяется с сетью последовательного соединения цеха электролиза, могут произойти серьезные несчастные случаи с поражением электрическим током, особенно потому, что источником питания является переменный ток высокого напряжения.

Поскольку были высказаны опасения по поводу воздействия на здоровье, связанного с электромагнитными полями, воздействие на рабочих в этой отрасли было поставлено под сомнение. Следует признать, что электроэнергия, подаваемая на электролизеры, представляет собой постоянный ток; соответственно, электромагнитные поля, генерируемые в электролизных цехах, в основном относятся к типу статического поля или стоячего поля. Такие поля, в отличие от низкочастотных электромагнитных полей, еще труднее показать, что они оказывают последовательное или воспроизводимое биологическое действие как экспериментально, так и клинически. Кроме того, обычно обнаруживается, что уровни потока магнитных полей, измеренные в современных камерах, находятся в пределах предлагаемых в настоящее время предварительных пороговых предельных значений для статических магнитных полей, субрадиочастотных и статических электрических полей. Воздействие электромагнитных полей сверхнизкой частоты также происходит на восстановительных установках, особенно в дальних концах этих помещений, примыкающих к помещениям с выпрямителями. Однако уровни потока, обнаруженные в близлежащих корпусах электролиза, минимальны и намного ниже существующих стандартов. Наконец, последовательные или воспроизводимые эпидемиологические данные о неблагоприятном воздействии на здоровье электромагнитных полей на предприятиях по восстановлению алюминия не были убедительно продемонстрированы.

Производство электродов

У рабочих, контактирующих с парами смолы, может развиться эритема; Воздействие солнечного света вызывает фотосенсибилизацию с усилением раздражения. Случаи локализованных опухолей кожи имели место среди работников, работающих с угольными электродами, при несоблюдении правил личной гигиены; после иссечения и смены работы дальнейшего распространения или рецидива обычно не отмечается. При изготовлении электродов может образовываться значительное количество угольной и пековой пыли. Там, где такое воздействие пыли было серьезным и неадекватно контролируемым, время от времени поступали сообщения о том, что у производителей угольных электродов может развиться простой пневмокониоз с очаговой эмфиземой, осложненный развитием массивных фиброзных поражений. Как простые, так и осложненные пневмокониозы неотличимы от соответствующего состояния пневмокониозов угольщиков. При измельчении кокса в шаровых мельницах уровень шума достигает 100 дБА.

Примечание редактора: Международное агентство по изучению рака (IARC) отнесло алюминиевую промышленность к группе 1 известных причин возникновения рака у человека. Различные воздействия были связаны с другими заболеваниями (например, «туалетной астмой»), которые описаны в других разделах этого руководства. Энциклопедия.

 

Назад

Читать 14902 раз Последнее изменение Среда, 10 августа 2011 г., 23:13

ОТКАЗ ОТ ОТВЕТСТВЕННОСТИ: МОТ не несет ответственности за контент, представленный на этом веб-портале, который представлен на каком-либо языке, кроме английского, который является языком, используемым для первоначального производства и рецензирования оригинального контента. Некоторые статистические данные не обновлялись с тех пор. выпуск 4-го издания Энциклопедии (1998 г.)».

Содержание:

Справочные материалы по металлообработке и металлообработке

Buonicore, AJ и WT Davis (ред.). 1992. Инженерное руководство по загрязнению воздуха. Нью-Йорк: Ван Ностранд Рейнхольд / Ассоциация управления воздухом и отходами.

Агентство по охране окружающей среды (EPA). 1995. Профиль отрасли цветных металлов. EPA/310-R-95-010. Вашингтон, округ Колумбия: EPA.

Международная ассоциация по изучению рака (IARC). 1984. Монографии по оценке канцерогенного риска для человека. Том. 34. Лион: МАИР.

Джонсон А., С.И. Мойра, Л. Маклин, Э. Аткинс, А. Дайбунико, Ф. Ченг и Д. Энарсон. 1985. Респираторные нарушения у рабочих черной металлургии. Brit J Ind Med 42: 94–100.

Кроненберг Р.С., Дж.К. Левин, Р.Ф. Додсон, Дж.Г.Н. Гарсия и Д.Э. Гриффит. 1991. Заболевание, связанное с асбестом, у работников сталелитейного завода и завода по производству стеклянных бутылок. Ann NY Acad Sci 643:397–403.

Ландриган, П.Дж., Черняк М.Г., Льюис Ф.А., Катлетт Л.Р. и Хорнунг Р.В. 1986. Силикоз в литейном цехе серого чугуна. Постоянство древней болезни. Scand J Work Environment Health 12:32–39.

Национальный институт охраны труда и здоровья (NIOSH). 1996. Критерии рекомендуемого стандарта: Воздействие жидкостей для металлообработки на рабочем месте. Цинцинатти, Огайо: NIOSH.

Палета, Д. и Тейлор. 1995. Ртуть в экологических и биологических образцах из района добычи золота в районе Амазонки в Бразилии. Наука об окружающей среде 168:63-69.

Томас, PR и Д. Кларк. 1992 Вибрационный белый палец и контрактура Дюпюитрена: связаны ли они? Оккупай Мед 42 (3): 155–158.