Environmentálne aspekty výroby ľahkých kovov I

Environmentálne aspekty výroby ľahkých kovov I. Andrea Miškufová, Dušan Oráč, Martina Laubertová

ISBN 978-80-7097-aaa-a

Andrea Miškufová Dušan Oráč Martina Laubertová

Environmentálne aspekty výroby ľahkých kovov I. Výskyt a možnosti spracovania odpadov vznikajúcich pri výrobe hliníka

Košice 2013

Technická univerzita v Košiciach Hutnícka fakulta Katedra neželezných kovov a spracovania odpadov

Andrea Miškufová Dušan Oráč Martina Laubertová

Environmentálne aspekty výroby ľahkých kovov I Výskyt a možnosti spracovania odpadov vznikajúcich pri výrobe hliníka

Košice 2013

Environmentálne aspekty výroby ľahkých kovov I Výskyt a možnosti spracovania odpadov vznikajúcich pri výrobe hliníka

© Druh publikácie Autori

: :

Recenzenti

:

Dátum vyhotovenia Počet výtlačkov Počet strán Vydalo Vydanie

: : : : :

ISBN 978-80-8143-083-1

Vysokoškolské skriptum doc. Ing. Andrea Miškufová, PhD. Ing. Dušan Oráč, PhD. Ing. Martina Laubertová, PhD. doc. Dr. – Ing. Milan Škrobian, CSc. doc. Ing. Milan Havlík, CSc. marec 2013 70 178 Equilibria, s.r.o., Poštová 13, 040 01 Košice prvé

Environmentálne aspekty výroby ľahkých kovov I Výroba hliníka, výskyt a možnosti spracovania odpadov vznikajúcich pri výrobe hliníka

OBSAH ÚVOD ............................................................................................................. 1 1

2

Priemysel hliníka ................................................................................... 3 1.1

História hliníka a jeho súčasnosť...................................................... 3

1.2

Vlastnosti hliníka.............................................................................. 7

Výroba primárneho hliníka................................................................ 12 2.1

Suroviny na báze hliníka ................................................................ 13

2.2 Výroba oxidu hlinitého................................................................... 16 2.2.1 Bayerova metóda výroby oxidu hlinitého .................................. 17 2.2.2 Spekacia metóda výroby oxidu hlinitého ................................... 23 2.3 Elektrolytická výroba hliníka ......................................................... 26 2.3.1 Popis elektrolytického procesu výroby hliníka a parametrov elektrolýzy................................................................................. 26 2.4

Výroba a použitie uhlíkových anód pre elektrolýzu hliníka........... 36

2.5 Ošetrenie taveniny hliníka, legovanie a rafinácia pred odlievaním 39 2.5.1 Vznik a charakter nečistôt ......................................................... 40 2.5.2 Spôsoby rafinácie hliníka v priemyselnom meradle .................. 41 2.6

Odlievanie primárneho hliníka a jeho zliatin ................................. 45

2.7 Tvarovanie hliníka.......................................................................... 45 2.7.1 Prietlačné lisovanie ................................................................... 46 2.7.2 Odlievanie výrobkov z hliníkových zliatin ................................. 52 3

Environmentálne aspekty výroby ...................................................... 63 3.1

4

Výrobné činnosti a ich vplyv na životné prostredie ....................... 63

Inovačné smery vo výrobe hliníka ..................................................... 81 4.1

Alternatívne metódy výroby hliníka............................................... 83

4.2 Moderné trendy v technológii Hall – Héroultovej elektrolýzy....... 85 4.2.1 Multipolárna elektrolýza hliníka ............................................... 85


4.2.2 4.2.3 5

Technológia drenáže a zmáčavých povlakov katódy elektrolyzéra ............................................................................. 86 Inertné anódy............................................................................. 88

Výskyt a možnosti spracovania odpadov z výroby hliníka.............. 92 5.1

Odpady z výroby oxidu hlinitého ................................................... 92

5.2 Odpady z elektrolýzy hliníka........................................................ 107 5.2.1 Emisie a kvapalné odpady a ich čistenie ................................. 108 5.2.2 Vybúrané katódové bloky......................................................... 114 5.3

Odpady z výroby anód pre elektrolýzu hliníka ............................ 122

5.4

Odpady zo spracovania a rafinácie taveniny hliníka a jeho zliatin.................................................................................. 127 5.4.1 Možnosti spracovania a recyklácie hliníkových sterov ........... 134

5.5 Odpady z povrchovej úpravy v lisovniach hliníka ....................... 147 5.5.1 Eloxačné kaly a kaly s obsahom chrómu................................. 147 5.6 Odpady vznikajúce pri výrobe odliatkov...................................... 154 5.6.1 Emisie v zlievarniach............................................................... 154 5.6.2 Tuhé odpady zo zlievarní......................................................... 159 5.7

Zhrnutie environmentálnych aspektov výroby hliníka................. 168

Zoznam použitej a odporúčanej literatúry ............................................. 171


ÚVOD Každá výroba so sebou prináša okrem želaného produktu aj tvorbu vedľajších produktov a odpadov. Keďže mnohé z nich nie sú na dostatočnej úrovni spracované, postupne sa odpady stále viac a viac hromadia. Problémom je, že s rýchlym vývojom ľudstva sa vyvíjajú aj stále modernejšie technológie a nové materiály, ktoré prinášajú so sebou problém následného spracovania a recyklácie vznikajúcich odpadov a komplikovaných výrobkov spotreby. Navyše je závažným faktom pri tvorbe odpadov jeho množstvo, keďže objem výroby sa zvyšuje v dôsledku zvyšovania populácie a zvyšovania jej potrieb. Mnohé odpady nenachádzajú ani v súčasnosti uplatnenie alebo ich spracovanie nie je doposiaľ ekonomické. Preto dochádza následne k hromadeniu týchto odpadov a porušeniu rovnováhy medzi ťažbou, výrobou a spotrebou. Prírodný cyklus tento stav prakticky nepozná, nakoľko každý produkt po ukončení životnosti je súčasťou iného procesu. Tak ako je environmentálne zmýšľanie prirodzené a snažíme sa ho aplikovať pri každodenných činnostiach a spotrebe, tak isto by malo byť environmentálne uvažovanie na úrovni výroby. Ako sa však zdá, tomuto „cíteniu“ je potrebné sa učiť a pestovať ho spolu ruka v ruke s vývojom technológií a ľudstva tak, aby bol automaticky súčasťou každej rozumnej a rozumovej činnosti. Výroba hliníka nie je výnimkou. Hliník sa stal súčasťou bežného života a má nezastupiteľnú úlohu pri napredovaní techniky a vývoja ľudstva v budúcnosti. Hoci hliník je v poradí tretí najviac zastúpený prvok v zemskej kôre, jeho zdroje nie sú nevyčerpateľné a je potrebné sa zaoberať myšlienkou recyklácie druhotných surovín a zároveň myšlienkou environmentálneho prístupu v celom procese výroby. Výroba primárneho hliníka je zložitý proces, ako z technologického, energetického, tak aj materiálového hľadiska. Získanie čistého hliníka a konečného výrobku požadovanej kvality zahŕňa v sebe množstvo krokov a operácií, ktoré so sebou nesú aj environmentálne problémy a teda vznik veľkého množstva rôznorodých odpadov a vedľajších produktov, z ktorých väčšina nie je adekvátne spracovaná a teda nie je využitý jej pravý potenciál

1


ako druhotnej suroviny. Navyše mnohé z týchto odpadov majú charakter nebezpečného odpadu, čím ohrozujú životné prostredie a zdravie človeka. Preto je potrebné hľadať neustále cesty na zlepšovanie súčasného stavu v oblasti nakladania s odpadmi a približovať sa čo najviac k maloodpadovým technológiám, kde každý vedľajší produkt výroby bude výlučne druhotnou surovinou a nie odpadom – vecou, ktorú nikto nepotrebuje. Predložené skriptá sú určené najmä poslucháčom bakalárskeho, inžinierskeho a doktorandského štúdia v študijnom odbore Environmentálne inžinierstvo (4.3.2), v študijnom programe Spracovanie a recyklácia odpadov a študijnom odbore Hutníctvo (5.2.39) v študijnom programe Hutníctvo neželezných kovov na Hutníckej fakulte Technickej univerzity v Košiciach ako podklad pre štúdium predmetu „Environmentálne aspekty výroby ľahkých kovov a mala by slúžiť na prehĺbenie znalostí v oblasti výroby hliníka a spracovania odpadov vznikajúcich v procese výroby hliníka. V piatich kapitolách sa poslucháč oboznámi s charakteristikou hliníka, celým životným cyklom výroby od výroby oxidu hlinitého, primárneho hliníka elektrolýzou tavenín, odlievaním poloproduktov cez environmentálne aspekty primárnej výroby až po recykláciu a environmentálne aspekty primárnej výroby hliníka. Zároveň priblíži nové prístupy k environmentálne prijateľnejšej výrobe hliníka a alternatívne postupy výroby a zlepšenia energetickej a environmentálnej bilancie procesov. Popíše výskyt, charakteristiku a možnosti spracovania, recyklácie a využitia odpadov vznikajúcich v procese výroby v jednotlivých operačných krokoch.

Košice, marec 2013

Autori

2

Environmentálne aspekty výroby ľahkých kovov I

Recommend Documents