Статьи
English version
О компании
История
Руководство
Сотрудники
Разработки
Объекты
Наши публикации
Наши патенты
Контакты
Обратная связь


Финансово-экономическая оценка применения гидрогранатовой технологии для переработки низкокачествен-ных бокситов

Медведев В.В., Ахмедов С.Н., Сизяков В.М., Ланкин В.П., Киселев А.И.

Гидрогранатовая технология переработки высококремнистых бокситов на глинозем может рассматриваться в качестве альтернативы действующим схемам Байер-спекание. Сущность нового технического решения состоит в переводе активной двуокиси кремния из состава боксита в пассивную форму связанного кремнезема в составе отвального шлама, представленную гидрогранатовыми соединениями, преимущественно железистой фазой - 3CaO.Fe2O3.2SiO2.2H2O.

Новая гидрогранатовая технология ориентирована на переработку низкокачественных бокситов с широким интервалом содержания SiO2, Fe2O3, A12O3 и малых примесей, например, наиболее перспективного в России бокситового сырья Тимано-Печорского региона. В равной мере она приемлема и для переработки бокситов Северо-Онежского месторождения.

Финансово-экономическая оценка схем переработки боксита базируется на результатах аналитического обзора значений расходных коэффициентов при производстве 1 тонны глинозема, расчета себестоимости продукции, определения уровней потребления сырьевых и энергетических ресурсов в денежном выражении, уровней потребления топлива и соды в натуральном исчислении и уровней сброса СО2 в атмосферу.

В качестве сопоставительных вариантов рассматривались следующие схемы получения глинозема из бокситового сырья:

 

- классический способ Байера (вариант № 1);

- параллельный вариант способа Байер-спекание, где в ветвь Байера подают высококачественный боксит, например, месторождения СУБР, а в ветвь спекания - низкокачественный боксит (вариант № 2);

- параллельный вариант способа Байер-спекание, в котором исходный боксит разделяют на две категории по величине кремниевого модуля, после чего вводят раздельно в обе ветви (вариант № 3);

- последовательный вариант способа Байер-спекание, где низкокачественный боксит вводят в одну точку - в ветвь Байера (вариант № 4).

- гидрогранатовая технология представляет вариант № 5, в котором исходное сырье подается также в ветвь Байера.

Рекомендуемая технология по варианту №5 включает:

 

- переработку исходных низкокачественных бокситов по классическому способу Байера (77% полного материального потока);

- вывод красного шлама из ветви Байера и его последующую переработку в отдельной ветви по гидрогранатовой технологии (16% материального потока);

- каустификацию содовых растворов термическим способом в стандартной вращающейся печи (7% материального потока).

Собственно гидрогранатовой ветви, применительно к красным шламам любой разновидности и состава, включает:

 

- передел автоклавного выщелачивания шламовой суспензии в циркулирующем высокомодульном растворе с добавкой извести и активного специального реагента, син-тезируемого термическим способом на узле каустификации соды;

- передел конверсии каустического модуля промежуточного алюминатного раствора;

- передел регенерации оксида кальция и оксида алюминия из гидроалюмината кальция.

В результате обработки из красного шлама извлекают в жидкую фазу до 65% глинозема и до 95% Na2O, которые в виде алюминатного раствора передают на утилизацию в ветвь Байера. Нерастворимый осадок в виде гидрогранатового шлама с содержанием (Fe2O3 + CaO)>70%, SiO2 = 12-15% и Na2O <0,5% становится товарным продуктом и подлежит реализации на потребительском рынке.

Сводная ведомость полученных расчетных данных по пяти технологическим вариантам переработки боксита приведена в таблице № 1.

Параметры переработки низкокачественных бокситов на глинозем по различным технологическим вариантам

Наименование параметра

Ед. изм.

Варианты технологических схем

№ 1

№ 2

№ 3

№ 4

№ 5

1.

Состав боксита в ветвь Байера:

 

1.1.

Al2O3

%

50,0

52,77

52,0

50,0

50,0

1.2.

CO2

%

0,55

3,79

1,18

0,55

0,55

1.3.

MSiO2

-

5,88

13,6

11,98

5,88

5,88

1.4.

месторождение

-

Тиман

СУБР

Тиман

Тиман

Тиман

2.

Состав боксита в ветвь спекания:

 

2.1.

Al2O3

%

-

50,0

50,0

-

-

2.2.

CO2

%

-

0,55

0,55

-

-

2.3.

MSiO2

-

-

5,88

4,0

-

-

2.4.

месторождение

-

-

Тиман

Тиман

-

-

3.

Товарное извлечение Al2O3

%

76,35

82,92

82,32

94,1

93,42

4.

Расходные коэффициенты на 1 т. гл.

 

4.1.

Боксит в ветвь Байера

т

2,9137

2,104

2,3571

2,3309

2,3815

4.2.

Боксит в ветвь спекания

т

-

0,422

0,2463

-

-

4.3.

Каустическая сода NaOH

кг

195,44

36,44

60,82

5,0

-

4.4.

Кальцинированная сода Na2CO3

кг

-

59,93

70,65

90,16

45,95

4.5.

Известняк в печи спекания

т

-

0,133

0,11

0,662

-

4.6.

Известь в ветвь Байера

кг

152,0

42,3

104,9

28,0

28,6

4.7.

Известь в гидрогранатовую ветвь

кг

-

-

-

-

315,6

4.8.

Железная окалина

т

-

-

-

-

165,3

4.9.

Тепловая энергия

Гкал

3,9339

4,146

3,9218

2,5601

2,6356

4.10.

Электрическая энергия

кВтч

280

330

320

630

260

4.11.

Условное топливо на кальцинацию

тут

0,135

0,135

0,135

0,135

0,135

4.12.

Условное топливо на спекание

тут

-

0,112

0,084

0,302

0,037

4.13.

Доменный кокс

кг

19,32

5,37

13,32

3,55

3,63

4.14.

Сжатый воздух

т. м3

1,06

1,178

1,175

1,175

0,5

4.15.

Техническая вода

м3

8,52

8,34

6,56

5,79

6,36

5.

Стоимость сырьевых материалов

 

5.1.

Бокситы, общая масса

$/t

46,62

50,94

52,45

37,29

38,1

5.2.

Каустическая сода

$/t

35,18

6,56

10,95

0,9

-

5.3.

Кальцинированная сода

$/t

-

5,99

7,07

9,02

4,6

5.4.

Известняк

$/t

-

1,06

0,88

5,3

-

5.5.

Железная окалина

$/t

-

-

-

-

1,65

5.6.

Известь, общая

$/t

4,56

1,27

3,15

0,84

8,43

6.

Стоимость энергетических ресурсов

 

6.1.

Тепловая энергия

$/t

19,67

20,73

19,61

12,8

13,18

6.2.

Электрическая энергия

$/t

5,6

6,6

6,4

12,6

5,2

6.3.

Топливо условное, общая масса

$/t

4,32

7,9

7,01

13,98

5,5

6.4.

в т.ч. топливо на печи спекания

$/t

-

3,58

2,69

9,66

1,18

6.5.

Доменный кокс

$/t

2,4

0,67

1,65

0,44

0,45

6.6.

Сжатый воздух

$/t

3,18

3,53

3,53

3,53

1,5

6.7.

Техническая вода

$/t

1,28

1,25

0,87

0,87

0,95

7.

Вспомогательные материалы

$

4,5

4,5

4,5

4,5

4,5

8.

Условно-постоянные расходы

$

54,0

54,0

54,0

54,0

52,0

9.

Полная себестоимость 1 тонны глинозема

$

181,3

165,0

172,17

156,07

136,07



При выполнении финансовых расчетов была использована стандартная методика определения себестоимости глинозема на действующих предприятиях, а при формировании цен на сырьевые и энергетические ресурсы за основу были приняты практические данные, адекватные отчетному уровню реальных затрат в одном из сопоставляемых вариантов, в данном случае - вариант №2. Расчет себестоимости глинозема по вариантам выполнялся в соответствии с требованиями Методических рекомендаций по оценке эффективности инвестиционных проектов [2] (вторая редакция, Москва, Экономика, 2000)

Как видно из данных таблицы 1, себестоимость 1 тонны продукции меняется от варианта к варианту. Наиболее затратной технологической схемой является классический способ Байера - вариант № 1, а наиболее экономичным вариантом является вариант с использованием гидрогранатовой технологии - вариант № 5.

Динамика изменений стоимости сырьевых материалов и энергетических ресурсов в денежном выражении, а также структура этих затрат в относительных долях позволяют оценить значимость отдельных факторов при достижении конечного результата.

Рис. 1. Стоимость сырьевых материалов при производстве 1 тонны глинозема

На рисунке 1 дана диаграмма затрат сырьевых материалов в пяти рассмотренных вариантах. Из диаграммы следует, что в вариантах 4 и 5, где применяется последовательная вариант переработки бокситов, сырьевые затраты минимальны.



Рис. 2. Анализ структуры сырьевых и энергетических затрат на переработку бокситов по технологически вариантам 1 - 5

Анализ структуры сырьевых и энергетических затрат на переработку бокситов по технологически вариантам 1 - 5 представлен на рис. 2.

Из представленных данных видно, что вариант № 5 позволяет снизить потребление щелочей в 2,1 раза в сравнении с ближайшим аналогом - вариантом № 4, но при этом доля прочих расходов сырья увеличивается в 1,6 раза. Происходит нивелирование эффекта эконо-мии соды почти в равнозначной мере. Тем не менее, гидрогранатовая технология дает воз-можность свести к нижнему уровню сумму сырьевых расходов, если вести сравнение с другими вариантами, и при этом минимизировать расход щелочи, рыночная цена которой высока и имеет тенденцию к дальнейшему росту.

Бокситовая составляющая в структуре сырьевых затрат высока, однако, в вариантах №№ 4 и 5 стоимость сырья в денежном исчислении минимальна, что связано как с низкой ценой низкокачественного боксита, так и с высоким товарным выходом глинозема в этих вариантах.

Очевидно, что применение последовательных схем переработки низкокачественных бокситов, к которым относится и гидрогранатовая технология, позволяет, в сравнении с действующим производством - вариант № 2, уменьшить общие сырьевые затраты в 1,23 ?1,25 раза. Лучший результат достигается в варианте № 5, поскольку расход бокситов при этом снижается в 1,3 раза, а потребление щелочей сокращается в 2,7 раза.

Структура потребления энергоносителей в различных вариантах переработки низкокачественного боксита приведена на рис. 2.

Из приведенных данных видно, что в общей сумме затрат на энергоносители во всех вариантах, за исключением варианта № 4, определяющим фактором является потребление тепловой энергии, на долю которого приходится практически половина всех расходов энергоресурсов в относительном выражении. В абсолютном исчислении затраты тепловой энергии в схеме с применением гидрогранатовой технологии на 7,5 $/t глинозема меньше по отношению к схеме действующего производства, но равнозначны стоимости расходуемого тепла в варианте-аналоге.

Примечательной структурной особенностью варианта № 5 является относительная доля затрат условного топлива на установке термической каустификации содовых потоков (ТКС), которая в 2 раза ниже, чем в стандартном производстве (вариант № 2) и в 5 раз меньше уровня потребления топлива в варианте-аналоге.

Рис. 3. Стоимость энергетических затрат при производстве 1 тонны глинозема

На рисунке 3 показана динамика изменений общих энергетических затрат. Видно, что здесь вне конкуренции находится гидрогранатовая технология (вариант № 5), позволяющая снизить расход энергоресурсов в 1,65 раза в сравнении с ближайшим аналогом - вариантом № 4, и в 1,52 раза по отношению к стандартному действующему производству - вариант № 2 (БАЗ). Основной эффект достигается за счет экономии тепловой энергии - 7,55 $/t глинозема, топлива на спекании - 2,4 $/t и прочих энергоносителей - 2,55 $/t.

Эффект при сравнении со схемой-аналогом достигается за счет экономии топлива, составляющей 8,5 долларов США на 1 тонну глинозема, экономии электрической энергии - 7,4 $/t и экономии прочих энергоносителей - 1,93 $/t. Все составляющие эффекта, в совокупности, обусловлены сокращением затрат на проведение операции каустификации содовых потоков и ликвидацией передела спекания красного шлама.

Таким образом, гидрогранатовый вариант по уровню расхода энергоресурсов является наименее энергоемким технологическим процессом из всех рассмотренных вариантов переработки низкокачественных бокситов. Особенно значителен эффект снижения энергопотребления по сравнению с вариантом-аналогом, который, при равенстве цен на энергоносители, достигает 17,4 $/t глинозема. Если принять во внимание, что разница в затратах на сырье в вариантах №№ 4 и 5 составляет всего (+) 0,57 $/t в пользу гидрогранатовой технологии, то можно уверенно утверждать, что энергетический фактор становится определяющим аргументом при выборе оптимальной схемы переработки бокситов низкого качества.

Гидрогранатовая технология позволяет значительно уменьшить выбросы двуокиси углерода в атмосферу. Сокращение массы углекислого газа осуществляется по двум каналам: первый - технологический, за счет сокращения потребности в карбонате кальция на осуществление процесса утилизации красного шлама; второй - энергетический, за счет сокращения потребности в углеродном топливе на переделе спекания.

По данным материальных балансов, в варианте-аналоге № 4 на переделе спекания красного шлама в атмосферу с дымовыми газами выводится 437,4 кг CO2 из состава технологической шихты, в пересчете на 1 тонну глинозема. В варианте №5 (гидрогранатовая технология) на переделе термической каустификации выводится 39,9 кг CO2 и на установке обжига извести - 231,5 кг CO2. На заводе с условной годовой производительностью 1,0 млн. тонн глинозема сокращение выбросов в атмосферу двуокиси углерода только технологического происхождения составит 166000 тонн / год, если применить гидрогранатовый вариант переработки боксита.

По данным [3], при сжигании в печах спекания 1 м3 природного газа (Qрн = 8500 ккал / нм3) образуется 0,99 м3CO2, приведенного к нормальным условиям, с плотностью 1,977 кг/м3. В соответствии с материальными балансами по сопоставляемым вариантам №№ 4 и 5 - сокращение потребления условного топлива на переделе термической каустификации для завода на 1,0 млн. тонн глинозема приведет к сокращению выбросов углекислого газа в атмо-сферу в количестве 428700 тонн.

Суммарное снижение выбросов в атмосферу CO2 по гидрогранатовой технологии по сравнению с последовательным вариантом Байер - спекание составляет 594 000 тыс. тонн в год в расчете на завод производительностью 1 млн. тонн глинозема.

В сравнительной финансово-экономической оценке различных технологических схем получения глинозема большое значение имеет сопоставление часовых потоков материалов и металлоемкости технологического оборудования. Отнесенные к заданной мощности глиноземного производства эти величины характеризуют капитальные вложения на реализацию аппаратурно-технологического процесса.

В таблице 2 представлены часовые материальные потоки сухого боксита, пульпы, шихты, алюминатных растворов и др., а также результаты сравнительного расчета веса металла по основным переделам сравниваемых схем получения глинозема.

Основные часовые потоки и металлоемкость оборудования по технологическим переделам глиноземного завода производительностью 1,0 млн. тонн продукции в год.

Наименование параметра

Вариант №1

Вариант №2

Вариант №3

Вариант №4

Вариант №5

1. Часовой материальный поток, т / час

1.1. Боксит сухой, общий

296,0

261,2

263,4

236,8

242,0

1.2. Сырая пульпа на выщелачивание

1632

1459

1477

1423

1454

1.3. Шихта в печи для ТКС

0

154

89

431

59

1.4. Алюминатный раствор, общий

2112

2135

2088

1965

1793

1.5. Раствор на автоклавное обескремнивание

0

188

97

324

0

1.6. Автоклавная шламовая пульпа

0

0

0

0

1056

ИТОГО

4040

4197,2

4014,4

4379,8

4604

2. Вес металла в основном оборудовании, т

2.1. Сырьевой узел - прием, дробление, складирование.

710

626

631

568

580

2.2. Красная сторона - размол, выщелачивание, сгущение, промывка и фильтрация шлама.

13254

11850

11986

11555

11806

2.3. Белая сторона - охлаждение, декомпозиция, обработка гидратных пульп

14062

14210

13898

13079

11935

2.4. Кальцинация - печи кипящего слоя, узел отгрузки глинозема

5930

5232

5276

4744

4847

2.5. Выпарка слабого раствора, общая - выпарные 5-ти корпусные батареи, узел вывода соды и сульфатов

3875

3916

3830

3604

3289

2.6. Узел термической каустификации соды - ОПШ, спекание шихты, выщелачивание спека.

0

10130

5834

28330

1945

2.7. Автоклавное обескремнивание слива

0

1081

558

1863

0

2.8. Гидрогранатовая линия - приготовление суспензий, выщелачивание шлама, отделение осадка, конверсия модуля, регенерация извести

0

0

0

0

4608

3. Общий вес оборудования, т

37831

47045

42013

63473

39010

в т.ч. ветвь Байера

37831

35834

35621

33280

32457

ветвь спекания

0

11211

6392

30193

0

гидрогранатовая линия

0

0

0

0

6553

4. Поток СП+АР, тонн/час

3744

3594

3565

3388

3247

5. Удельная норма, т/т-час

10,1

9,97

9,99

9,82

10,0

6. GM, т/т-час

0

72,8

71,82

70,05

32,97



По данным таблицы видно, что при сопоставимых материальных потоках (4000…4600 т/час) в вариантах №№ 4 и 5 минимальный вес оборудования характерен для гидрогранатовой технологии. В свою очередь это приводит к уменьшению производственных площадей, транспортных и технологических коммуникаций, инженерных сооружений и строительных работ.

Вес основного оборудования в ветви Байера примерно одинаков во всех рассмотренных вариантах переработки бокситов и составляет 33…36 тысяч тонн для завода мощностью 1,0 млн. тонн глинозема. Вес оборудования в ветви спекания значительно меняется от варианта к варианту, при этом главная роль принадлежит оборудованию на узле термической каустификации соды, прежде всего, печным агрегатам с комплексом вспомогательного оборудования.

Рис. 4. Вес основного оборудования по ветвям Байера и спекания на заводе мощностью 1,0 млн. тонн глинозема

Рисунок 4 представляет динамику изменения металлоемкости оборудования в обеих ветвях. Металлоемкость оборудования ветви Байера определяется суммарным весовым потоком сырой бокситовой пульпы и потоком алюминатного раствора (СП+АР). Чем меньше показатель (СП+АР), тем меньше металлоемкость оборудования ветви Байера.

Металлоемкость оборудования в ветви спекания является функцией весового потока шихты, которая направляется на термическую каустификацию содовых растворов. Зависимость между ними проявляется через величину удельного норматива, отражающего вес металла оборудования на 1 тонну/час определяющего компонента материального потока - GM.

Резкое снижение величины GM в варианте № 5 объясняется тем, что каустификация соды здесь, в технологическом плане, осуществляется через синтез преимущественно феррита натрия, на что требуется в 2,2 раза меньше энергетических, сырьевых и инвестиционных затрат. Данное обстоятельство характеризует еще одно преимущество гидрогранатовой технологии по отношению к иным вариантам, использующим процесс термической каустификации содовых потоков.

Таким образом, инвестиционные характеристики различных схем переработки бокситового сырья свидетельствуют о несомненной эффективности варианта №5. Последовательная вариант Байер-спекание для переработки низкокачественного тиманского боксита является наиболее дорогим техническим решением, в котором металлоемкость оборудования и эквивалентная стоимость инвестиций на сооружение нового завода превышает показатели варианта гидрогранатовой технологии.

Обобщающие финансово-экономические показатели на примере переработке тиманского боксита при строительстве нового глиноземного завода мощностью 1,0 млн. тонн по различным технологическим вариантам приведены в таблице № 3.

Финансово-экономические параметры различных вариантов переработки тиманского боксита

Наименование параметра

Ед. изм.

Варианты переработки боксита

№ 1

№ 2

№ 3

№ 4

№ 5

Себестоимость 1 тонны глинозема

$

181,3

165,0

172,2

156,1

136,1

Затраты на сырьевые материалы

$/t

86,358

65,821

74,494

53,346

52,784

Затраты на энергоносители

$ t

36,443

40,685

39,178

44,218

26,786

Вес основного оборудования

тыс. т.

37,8

47,1

42,0

63,5

39,0

Выбросы СО2 на узле спекания

т/час

0

17,78

11,49

49,93

4,55



По всем показателям вариант № 5, предлагающий гидрогранатовую технологию, характеризуется минимальным уровнем значений, и потому является предпочтительным техническим решением при переработке низкокачественного бокситового сырья.

Сравнение показателей варианта № 5 с соответствующими параметрами варианта № 2 указывает на то, что отдельные элементы гидрогранатовой технологии могут быть применены для усовершенствования аппаратурно-технологического оформления действующего производства, использующего способ Байер-спекание, с достижением значительного экономического и экологического эффектов.



Вывод:

Гидрогранатовая технология переработки низкокачественных бокситов позволяет снизить себестоимость получения глинозема, капитальные затраты на строительство новых глиноземных заводов и экологическое воздействие на окружающую среду, по сравнению с существующими технологиями.





Список литературы:

 

1. Медведев В.В., Ахмедов С.Н., Сизяков В.М., Ланкин В.П., Киселев А.И. Гидрогранатовая технология переработки бокситового сырья как современная альтернатива способу Байер-спекание. Цветные металлы, 2003, №______.

3. Л.Б. Самарянова, А.И. Лайнер. Технологические расчеты в производстве глинозема. - М.: Металлургия. 1981. 280 с.



Реферат

Выполнена финансово-экономическая оценка пяти вариантов переработки на глинозем низкокачественного алюминий содержащего сырья с кремниевым модулем 4…6 единиц.

Показана эффективность гидрогранатовой технологии переработки боксита, которая обусловлена минимальным уровнем потребления топлива и соды, снижением металлоемкости основного оборудования, достижением низкой себестоимости продукции и сокращением выбросов двуокиси углерода в атмо-сферу.

Гидрогранатовая технология рекомендуется для использования при проектировании и строительстве новых глиноземных заводов с использованием низкокачественного бокситового сырья.




designed by

Sagitta


ALCORUS ENGINEERING Ltd,
Copyright ©  2004-2019